(navigation image)
Home American Libraries | Canadian Libraries | Universal Library | Community Texts | Project Gutenberg | Children's Library | Biodiversity Heritage Library | Additional Collections
Search: Advanced Search
Anonymous User (login or join us)
Upload
See other formats

Full text of "sheng wu hua xue"

(京) 新登字 025 号 



高等 医药院 校教材 
生 物化学 

主编 赵伟康 

中 国中医 药出版 社出版 

(北京 市东城 区新中 Kii 号) 

0; 编: ,00027 电话: 4C52210 电挂: 3406 

新 华书^ 总店北 京发行 所发行 

高 碑店^ 动服 务公司 印刷厂 

787X 1092mm 16 幵本 26. 125 印张 670 千字 

I" 4 年 8 月第 1 版 1994 年 8 月第 1 次印刷 
印数 1 一 4000 册 



ISBN7-800 89-357- X/R. 358 定价: 18. 00 元 



编 写说明 



生 物化学 是研究 生命的 化学, 它 是运用 化学的 理论和 方法, 从分子 水平来 研究生 物体的 

化 学组成 和生命 活动中 所进行 的化学 变化及 其调控 规律、 代谢 反应与 生?! 机能的 关系, 从而 
阐 明生命 现象的 本质, 并把这 些知识 应用于 社会实 践和生 产实践 的一门 科学。 

本书在 1988 年编 写出版 的第一 版教材 基础上 进行了 全面的 修订。 在 修订过 程中曾 广泛征 
求并吸 取了有 关使用 单位的 意见。 内 容力求 做到少 而精, 理 论联系 实际。 并能 体现中 药专业 
特点, 使学 生在较 短时间 内掌握 生物化 学的基 本理论 和基础 知识, 为进 一步学 习有关 西医基 
础课 和中药 药理、 中药 药剂和 植物生 理等专 业课打 下良好 基础。 同时编 入中药 对代谢 影响的 
研究 资料, 以扩大 学^ 视野, 启 发学生 思路。 由于近 年来生 物化学 的迅速 发展, 本教材 尽可能 
反映出 现代生 物化学 ^新进 展和新 成就, 如 癌基因 与抗癌 基因、 反义 RNA、 神经内 分泌免 
疫 网络等 概念; 真核生 物基因 调控以 及基因 工程、 细胞工 程在生 产蛋白 质类药 物方面 的应用 
等。 超 出教学 大纲所 要求的 内容, 均用小 字排版 ,供 学生参 考用。 

全 书共十 八章, 以正 常人体 的生化 基本代 谢规律 为主要 内容。 为了 保持完 整性, 增加" 维 
生素和 辅酶" 一章。 考虑 到中药 化学、 中药制 剂和临 床药理 工作的 需要, '编写 了.: :生物 大分子 
物 质的分 离和提 纯"、 "中药 生化成 分和生 化药物 "及" 药物 的转运 与代谢 转化" 各章; 为 了适应 
社 会老齡 化趋势 和中医 药在延 缓衰老 作用方 面有其 独特的 优势, 以及微 量元素 对机体 的重要 
性, 本书又 撰写了 "衰 老生化 概述" 和" 微量元 素与中 医药" 两章。 书后附 有生化 检验正 常值表 
和 英汉常 用生化 名词缩 写表。 . 

参加本 版的编 写人员 与第一 版稍有 更动。 编 写分工 如下: 蛋白质 化学、 核酸 化学、 代谢凋 
节由 赵伟康 编写; 维 生素与 辅酶由 张立人 编写; 酶由 周梦圣 编写; 生物 大分子 物质的 分离和 
提纯、 中药 生化成 分与生 化药物 由胡踩 编写; 糖 代谢、 衰老 生化由 顾文聪 编写; 脂类 代谢、 
生 物氧化 由王浩 编写; 蛋白质 代谢, DNA、 RNA 及 蛋白质 的生物 合成, 微量 元素与 中医药 
由 齐治家 编写; 核苷酸 代谢、 胆色素 代谢由 冯群先 编写; 水 盐代谢 与酸碱 平衡由 王铁丹 、 张 
立人 编写; 药物 的运转 和代谢 转化由 陆桂祥 编写。 

由于编 写水平 有限, 时间 匆促, 缺 点和错 误在所 难免, 衷心欢 迎广大 师生私 :;: /」 随时予 
以 指正。 

编 者 

1993 年 8 月 



第一章 蛋白 质化学 

第一节 蛋白质 的分类 

第二节 蛋白 质的分 子组成 

一、 蛋白 质的元 素组成 

二、 组 成蛋白 质的基 本单位 一 a- 氨 基酸' 

三、 肽 键和肽 。''。' 

第三节 蛋白 质的分 子结构 

-, -^mm - ' 

二、 二 级结构 。 

三、 三 级结构 。 

四、 四 级结构 , 

五、 蛋 白质分 子中的 次级键 

第四节 蛋白质 的结构 与功能 •••• 

暑一、 m^m ' 

• 二, 血 红蛋白 

第五节 蛋白 质的理 化性质 

一、 蛋白 质的分 子大小 和形状 

二、 蛋 白质是 高分子 化合物 ' 

三、 蛋白 质分子 的扩散 与沉降 ' 

四、 蛋白质 的两性 电离和 等电点 

五、 蛋白质 的沉淀 

六、 蛋白质 的变性 ' 

七、 蛋 白质的 免疫性 ' 

八、 蛋白 质的显 色反应 ••••• 

* 第六节 生物 工程技 术在蛋 白质合 成方面 的应用 

―, 基 因工程 

二、 细 胞工程 ' 

第二章 核 酸化学 

第一节 核酸的 概念与 重要性 

第二节 核 酸的化 学组成 

-. mm 

二、 碱基 一嘧啶 及嘌呤 化合物 

第三节 核苷和 (单) 核苷酸 的结构 

―、 核苷 的结构 

二、 核苷酸 的结构 

第四节 核 酸的分 子结构 



一、 核酸 分子中 核苷酸 之间的 联接方 式及其 简写式 39 

二、 核 酸的分 子结构 ' 40 

紅节 核酸 白勺理 ft 性 戶 48 

第六节 体 内重要 的游离 核昔酸 49 

第三袞 嗨 52 
第一节 酶 的概念 ■ 52 

一、 酶 是一类 蛋白质 52 

二、 酶 是在活 细胞内 合成的 53 

三、 酶 是生物 催化剂 》 53 

第二节 酶的催 化机理 55 

--. 酶 的催化 作用和 活化能 。 = 55 

二、 酶的 中间产 物学说 56 

三、 酶的活 性中心 ' 56 

四、 酶的" 诱导 契合" 学说 57 

五、 酶 原及酶 原致活 ' ' 57 

第三节 嗨 促反应 动力学 59 

一、 酶浓 度对酶 促反应 的影响 59 

二、 底物浓 度对酶 促反应 的影响 • - ' 60 

三、 温 度对酶 促反应 的影响 - 65 

四、 pH 对酶 促反应 的影响 66 

五、 抑制 剂对酶 促反应 的影响 66 

• 六、 激动 剂对酶 促反应 的影响 •' • 73 

第四节 酶的 命名、 分 类和活 性测定 - 73 

* 一、 习 惯命名 法原则 73 

• 二、 国 际系统 命名法 74 

* 三、 国际 系统分 类编号 74 

四、 酶活 性测定 , 75 

第五节 酶 与医药 的关系 76 

* 一. 酶 与疾病 的关系 76 

二. 酶 制剂在 医药上 的应用 , 78 

第 E3 章 维$ 素? 辅篛 80 

第一节 维生 素的基 本概念 - 80 

一、 维生素 的概念 和特点 80 

二, 维生素 的分类 , 80 

三、 过 多症和 缺乏症 81 

第二节 水溶性 维生素 和辅酶 81 

m^c si 

二. B 族维 生素和 辅 酶 83 

第三节 脂溶性 维生素 88 

m^-MA 88 

二、 维生素 D - • 89 



三、 维生素 E "* ••••• • 9i 

四. 维生素 K 91 

第四节 维 生素与 中医药 92 

• 第五章 生 物大分 子物质 的分离 和提纯 94 

第一节 生物 大分子 物质分 离与提 纯的一 般程序 94 

第二节 材料 的选择 和处理 95 

一、 材料 的选择 , 95 

二、 细胞 的破碎 - ---95 

三、 亚细 胞结构 的分离 96 

四, 生 物大分 子物质 的抽提 , 97 

第三节 分离 和提纯 各种生 物大分 子物质 的原理 和技术 SO 

一, 利用溶 解度进 行分离 和提纯 C9 

二、 利用 电荷进 行分离 和提纯 。 1C 

三, 利用 体积和 比重进 行分离 和提纯 105 

四、 利用吸 附力进 行分离 和提纯 ' 1C8 

第四节 分 析与测 定技术 HI 

―、 紫外与 可见光 谱分析 , - Ill 

二、 激光拉 曼光谱 112 

三、 放射免 疫分析 112 

四、 嗨 活力法 。 113 

五, 利用 特殊功 能特性 进行纯 度分析 114 

六, 化学结 构分析 114 

七, 全 染色剂 染色法 115 

第六章 糖代谢 H6 

$ —节 概述 116 

―、 糖的生 理功用 • 116 

• 二, 糖 的分类 116 

^ 二节 糖議 化吸收 119 

-. 讓餘 - 119 

二. 糖 的吸收 119 

第三节 糖的氧 化分解 120 

―. 糖醜 120 

二、 糖的有 氧氧化 124 

三. 磷酸戊 糖通路 - '• 130 

• 四、 糖醛 酸途径 131 

第四节 糖原 的合成 与分解 133 

一, 糖原 的合成 • 133 

二、 糖原 的分解 135 

^ 五节 糖异 生作; ' 136 

―, 糖异生 的途径 - 126 

二, 糖异 生的生 理意义 ,•••• 137 



(3〕 



第六节 血糖 137 

一, 血糖 的来源 和去路 137 

二, 血 糖浓度 的调节 138 

* 第七节 糖代 谢紊乱 ' 139 

―, f 氐膽 ' 139 

二、 高血糖 及糖尿 ' 139 

三 m^M •• ho 

四, 耐 糖现象 140 

五、 糖原 累积症 141 

* 第八节 某些中 草药对 糖代谢 的影响 141 

一, 影响糖 酵解的 中草药 141 

二、 影响 糖有氧 氧化的 中草药 142 

三、 影 响糖原 合成与 分解的 中草药 ' 143 

四、 中药 对血糖 的影响 ' 143 

五, 治疗糖 尿病的 中草药 144 

第 t 章 mmRm ' He 

第一节 脂类 的化学 结构、 分 布和生 理功用 • • ••• 146 

* 一、 重要脂 类的化 学结构 146 

二、 脂 类在体 内的分 布及生 理功用 150 

第二节 脂类 的消化 和吸收 151 

―、 脂类 的消化 151 

二、 脂类 的吸收 152 

• 三、 脂类消 化吸收 的特点 , 152 

帛三节 血脂 153 

一, 血脂 的成分 和含量 153 

二. 血浆 脂蛋白 153 

第四节 甘油三 酯的中 间代谢 158 

一、 甘油三 酯的分 解代谢 15^ 

二, 甘油三 酯的合 成代谢 162 

• 第五节 多不 饱和脂 肪酸的 重要衍 生物一 前列 腺素、 血 拴素和 白三烯 165 

一、 前列 腺素、 血 栓素及 白三烯 的分类 和命名 165 

二' 前列 腺素、 血栓素 和白三 烯的生 物合成 '• 167 

三、 前列 腺素、 血 栓素和 白三烯 的生物 学效应 ' '•• 168 

第六节 磷脂和 胆固醇 的代谢 169 

―, 磷脂 的代谢 169 

二. 胆固 醇代谢 170 

^ 七节 胆 汁樣汁 酸代谢 173 

一、 胆 汁的正 常组成 173 

二. 胆汁 酸代谢 173 

• 第八节 脂类代 谢紊乱 175 

i — * 高 脂血症 175 



' 乂厶 



〔4〕 



二、 动脉^ 样硬化 176 

三、 脂肪肝 ; 178 

四、 W • 178 
第八章 生 物氧化 • • .• 180 

概述 180 

一、 生物氧 化的概 念和生 理意义 。••••' 180 

二、 生 物氧化 的特点 • 180 

第二节 二 氧化碳 的生成 180 

第三节 7K 的生成 一 线 粒体氧 化体系 •••••• 181 

一、 呼吸 链的组 * 成分及 其作用 •••• 181 

二、 体内 重要的 呼吸链 ••••• ■ 184 

* 三、 呼吸链 成分排 列顺序 的研究 —— 氧化还 原电位 ' 185 

第四节 能 M 的释放 、转换 、储存 和利用 : 186 

一、 髙 能磷鲛 化合杨 186 

二、 ATP 的生成 • 187 

三、 能葶的 转移、 储存 和利用 190 

第五节 非线 粒体氧 化体系 • •• 191 

一、 微 粒体氧 化体系 191 

* 二、 氧化^ 和需氧 脱氢酶 192 

* 三、 超 氧化物 歧化酶 ' ' 192 
* 四、 过氧 化氢酶 与过氧 化物酶 ; 193 

* 第六节 中草 药对生 物氧化 的影响 • '. 194 

第九章 蛋& 质代谢 • ••••• •、 

第一节 蛋白 质在人 体中的 重要性 -' 185 

―、 与 记忆功 能和思 维能力 有关的 蛋白质 • " 195 

二、 铁传 递蛋白 • 195 

三、 钙 调蛋白 ' - 1S5 

四、 楮化血 釭蛋白 ••••:••••• 1«5 

五、 千扰素 • … • 196 

六、 谷蛋白 《 ' 196 

第二节 氮- 平衡 - '• •' 196 

―、 M,^¥m ' 196 

Z1, 氮 正平衡 - - 196 

三、 氮 负平衡 197 

第三节 '必 需氨 基酸与 非必翳 氧基酸 197 

• 一、 胄難 •••• 1" 

* 二、 组氨餒 ••' 198 

• 三、 动物性 蛋白及 植物性 蛋白质 198 

第四节 食 物中蛋 白质营 养价值 的估量 及其互 补作用 199 

第五节 关于 蛋白质 需要量 201 

^ 六节 关于氨 基酸; 容液 补给隨 2Q1 

(5) 



第七节 蛋白质 的'; i'j 化和腐 败及^ 基^ 的吸收 202 

―, 蛋白质 的消化 ' ; 202 

二、 蛋白质 在肠内 的腐败 • • '• 204 

' H. 氨基酸 的吸收 : 205 

第八节 氨基酸 分解代 谢的一 般途径 ' 206 

―、 氨基酸 的脱氨 基作用 , 206 

二、 氨的代 谢途径 209 

三、 酮 酸的代 谢途径 • 213 

' 四、 氨基 酸脱羧 基作用 213 

五、 个别氨 基酸的 代谢: :•••••••: 215 

第 九节. 激素 对蛋白 兪代谢 的调节 '• ' 223 

―、 甲状 腺激素 • 223 

二、 糖皮 质激素 •••• 223 

三、 性 激素" 223 

四、 生 长激素 • • 224 

五、 姨岛素 • • 224 

第十章 核苷酸 ■ •• …-' 225 

第一节 嘌 呤核苷 酸代谢 ••• ; 226 

―, 嘌呤 核苷酸 的合成 :; 226 

-嘌呤 核苷酸 的分解 • 229 

第二节 嘧 啶核昔 酸代谢 230 

―、 嘧 啶核. 昔酸 的合成 • •。•••• 230 

二、 嘧啶 核苷酸 的分解 : • ' 232 

• 第三节 '核苷 酸的抗 代谢物 •• • 233 

―、 嘌呤核 苷酸的 抗代勵 233 

二、 嘧 啶核苷 酸的抗 代谢物 • 234 

'* 第四节 中 药对环 核苷酸 的影响 ; 235 

第 十一章 DNA、 RNA 及蛋白 质的生 物合成 '、 236 

第一节 DNA 的生 物合成 •••: • ••••• • ' 236 

―、 半保 留复制 • 236 

二、 参与 DNA 复 制的主 要酶类 237 

三、 DNA 的复 制过程 238 

四、 DNA® 伤 及修复 '• .240 

五、 反 向转录 • , 240 
籍六, 基 因突变 •••• ' 241 

七、 基 因重组 243 

第二节 RNA 的生 物合成 ; • 244 

一、 参加转 录的主 要物犀 • 244 

二、 RNA 生 物合成 (转录 ) if^ •• •••• 244 

第三节 蛋白 质的生 物合成 •••• • 246 
―、 参加 蛋白质 合成的 三种核 糖核酸 • ', 247 

CO 



二、 蛋 白质的 合成过 249 

三、 ^ 白 质生物 合成后 的加工 ' • 253 
第四节 蛋白质 、核 酸的生 物合成 与医学 的关系 : …… 254 

-. 分子病 : " 254 
二、 蛋白 质生物 合成的 P 且断 剂'' •••• • 255 

第五节 中药对 DNA、 RNA 及蛋白 质合成 的影响 •• 255 

一、 柴 胡阜戒 255 

二、 人参 • •• 256 

三、 ± 黄、 黄连… 257 

四、 几种具 有抗癌 作用的 中药对 核酸、 蛋 ft 质的 影响 ; • ••• 258 

五、 复方中 药益气 通络丹 对核酸 和蛋. 白质 的影响 •' 259 
第十; :章 ^谢 调节 260 

第 T 节 糖、 脂类和 蛋白质 代谢的 相互关 -系 260 

第二节 细胞' 水平 的调节 ••••• • 261 

一、 酶活性 的调控 •• ••••, 261 

二、 基因 表达的 调控" • 267 
第三节 激 素水平 的调节 270 

一、 作用于 细胞膜 受体的 激素调 节机理 • • •• 271 

二、 作用于 细胞内 受体的 激素调 节机理 - 275 

第四节 神经 —— 体 液调节 : • 277 

* 第五节 神经内 ^泌免 疫网络 的概念 ••• 277 

* 第六节 中 药对内 分泌系 统的调 节作用 …… • •' ••••• 278 

一、 中药对 下丘脑 一垂 肾 上晾皮 质 轴的^ 响 •••。 。•' 278 

二; 中药 对甲状 腺激素 的影响 ' • 27ST 

兰、 中 药对下 丘脑- 垂体- 性腺轴 的影响 ••。。•• ' ••••• 280 

四、 中药对 交感- 肾上 腺髓 质系统 的影响 ' 280 

第 十三章 水 盐代谢 和酸. 减平衡 '- 282 

第一节 体 液的含 量分布 和交流 •••• • 282 

• 一、 体液 的分布 , 282 

二、 体^ 中的 电解质 ••••。 282 

三、 休液 的交流 • •、•• 284 

第二节 水 的代谢 •••• , , ; 285 

一、 水的生 理作用 • : •• 285 

二、 水 的平衡 : 286 

第三节 钠、 钾、 氯 的代谢 ■ ' , 287 

一、 电解 质的生 理作用 二 • •• '•••。 -. 287 

二、 钠和氯 的代谢 ; ; • •••••••••• 257 

三、 钾 的代谢 .• •• * •••• 288 

四、 水 盐代谢 的调节 • ' 289 

• 五、 水 盐代谢 的紊乱 290 

第四节 努、 碟 的代谢 • 291 



C7) 



一、 体 内钙, 磷的 含量、 分 布和生 理功能 291 

二、 钙磷 的吸收 和排泄 • 291 

三、 血钙 和血磷 ••••• 293 

• 四、 钙 磷代谢 的调节 293 

• 五、 某些中 草药对 水盐代 谢的影 响" • •••••••• 294 

第五节 S 滅- 平衡 …- …… 296 ' 
-. 髓 296 

二、 体内酸 性和碱 性物质 的来源 , 296 

三、 血 液的缓 冲作用 •••• 297 

四, 肺脏对 酸碱平 衡的调 节作用 299 
五、 肾脏对 酸碱平 ^的调 节作用 ' 299 

• 六、 酸碱平 衡紊乱 • ' ' 302 

• 七、 酸碱平 衡的临 床指标 ; 303 

• 八、 某些 纠正酸 碱平衡 的药物 • •' 304 

第 十四章 药 物的转 运与代 谢转化 305 

第一节 生 物膜结 构与药 物转运 • 305 

一、 生物 膜概念 305 

二、 生物 膜的化 学组成 及结构 305 

三、 药 物转运 • 310 

第二节 药 物代谢 313 

' 一、 药物代 谢反 应进行 的部位 • •••• 313 

二、 药物代 谢反应 的类型 313 

三、 催 化药物 转化的 酶系" ' 320 

. 第三节 影响药 物代谢 的因素 323 

一、 药物 代谢酶 的诱导 323 

二、 药物 代谢酶 的抑制 • • 324 

• 兰、 药物代 谢的双 相作用 • •••• 325 

• 四、 年龄、 性别、 种属等 因素^ 影响 ••••• •' 325 

• 第四节 药物代 谢转化 的意义 • • 326 
一、 消除外 来异物 • 326 
二, 改变 药物的 活性或 毒性' 327 

三、 对体 内活性 物质的 灭活' : 327 

四、 药 代研究 在新药 设计中 的作用 327 

第 十五章 胆 素代谢 •• 328 

第一节 肝功 能概述 。 328 
第二节 胆红素 的来源 、形成 及转运 329 

一、 胆红素 的來源 及形成 -. 329 

二、 胆红素 的转运 ' 331 

- 第三节 胆红素 在肝、 肠内 的转变 • •. 331 

一、 肝细 胞对胆 红素的 摄取和 $i 化 331 

二、 胆 红素在 肠道内 的转变 、 333 



♦ 第四节 胆红 素代谢 异常与 中医药 : 334 

一、 高胆红 素血症 和黄疸 • ' 334 

二、 中 药的保 肝作用 ' • 335 

三, 常 用的利 胆中药 335 

*第 十六章 中药的 生化成 分与生 化药物 337 

第一节 中 药的生 化成分 • ••••• ' • 337 

一、 研 究中药 生化成 分的重 要意义 ' 337 

二、 中 药的氨 基酸、 多肽、 蛋白质 类成分 • 338 

三, 中药的 核酸和 核苷酸 类成分 ' 341 

四、 中药的 糖类成 分" 341 

五、 中药 的有机 酸类, 脂 类成分 ' - 345 

六、 中药 的维生 素和微 量元素 。• •• • 348 

七、 影 响中药 生化成 分的若 干因素 • • 349 
第二节 生 化药物 • 351 

―, • 351 

二、 生 化药物 的资源 • 352 

三、 氨基酸 类药物 353 

四、 多肽和 蛋白质 类药物 • • ' 355 

五、 酶类翻 • ' : ''。 356 

六、 核酸 类药物 • ••••• 359 

七、 粘多糖 类药物 '• 360 

八, 脂 类药物 : 360 

* 第 十七章 袞老生 化概述 362 
第一节 衰 老机理 的学说 •'• 362 

―、 神经一 内分泌 功能^ 退学说 • • " 362 

. 二、 交 联学说 ' 363 

三、 自由 基学说 • ' 363 

四、 基 因学说 364 

五、 免 疫学说 364 

g 二节 衰老 时机体 的生化 $ 化 365 

—、衰 老时代 谢变化 ••• • • • 365 

二、 衰老时 细胞中 酶的变 化" ' ' 367 

三、 衰 老时免 疫功能 的变化 • •••• 369 

四、 • 衰老时 神经一 内分泌 的变化 370 

五、 衰 老时胶 原的改 变'" : 372 

六、 衰 老时自 由基诱 导的有 害变化 : • 373 

第三节 延 缓衰老 的中药 与方剂 '• 374 

―、 单味药 的研究 ; • 374 

二, 复方 的研究 374 

暑第 十八隶 微量元 素与中 lM 药 37.5 

, 第一节 微 M 元素 的概念 : 378 



一、 微 量元素 在体内 的分布 及其存 在形式 。•••,•••••, 376' 

二、 微 量元素 的吸收 与排泄 : ,•••• 376 

三、 微 覃 元素 的测 定方法 及其在 实验中 的污染 •••••• 378 

第二节 个另 IJ 微量元 素的生 理作用 • 380 

一、 锌 • • 380 

二、 ^ • … • 381 

三 5 西 • • 382 

0, HI " … 《 .384 

五、 ^… ' ' 385 

九 E - …- 386 

七钻 - 387 

八、 1§ - -387 

第三节 微量元 素与中 医临床 ••••••••••• • ••••• -. • , 387 

一, 微量元 素锌, 锰与 中医肾 的关系 ;•• 387 

二、 阴虚、 阳虚患 者血清 中的微 量元素 '• 389 

三, 虚证 (风 湿病) 的微 量元素 r 389 

四、 中 药的微 量元素 -390 

五、 寿 命与微 量元素 • • ' m 

附录 

一、 常用人 体检验 参考数 值及新 旧单位 换算表 • 397 

二、 常用生 化名词 缩写表 ' ' 399 



Cio) 



第一章 蛋白质 化学. 

蛋白质 是生命 的物质 基础。 据估 计每个 大肠杆 菌约有 3, 000 种不同 结构的 蛋白质 分子, 
复 杂的人 体则有 100,000 种 以上。 正是 依靠这 些多种 多样的 蛋白质 分子, 生物 体才能 精确地 
完成各 种复杂 的生理 功能。 大 量资料 表明, 催化生 杨体内 一切化 学反应 的酶, 调节新 陈代谢 
的某些 激素, 运载 2 和<:0 2 的粗红 蛋白, 在生物 氧化过 程中传 递电子 的细胞 色素, 运输脂 

类的 血浆, 蛋白, 协调 机体运 动的肌 动蛋白 和肌球 蛋白, 参与 免疫的 抗体, 传递 信息的 受体, 
决 定生物 i 长、. 繁殖和 遗传、 变 异的核 蛋白, 控制 和调节 基因表 达的组 蛋白, 眼视网 膜上感 
光的视 蛋白, 味蕾上 的味觉 蛋白, 参与 凝血的 纤维蛋 白原等 都是蛋 白质, 可见 蛋白质 和生命 
活 动息息 相关。 

蛋白质 功能的 广泛性 与其结 构的多 样性是 密切相 关的。 近年 来由于 各种分 析技术 的飞速 

发展。 如 氨基酸 的顺序 分析、 X- 线衍射 技术、 核磁 共振、 各种 层析、 电泳、 超速 离心技 术及电 

子显, 镜等的 应用, 使我 们对蛋 白质等 生物大 分子的 结构与 功能的 研究进 入新的 阶段, 对探 
索生 4 活动 的基本 规律, 防治 疾病以 犮发展 工农业 生产均 有重大 意义。 

第一节 蛋白质 的分类 

蛋白质 的种类 繁多, 功能 复杂, 化学结 构大多 还不很 清楚, 因此蛋 白质的 分类仅 能按其 
分子 形状、 组成 和溶解 度等差 异粗略 分类。 
根 据分子 形状可 分球状 蛋白和 纤维状 蛋白。 

(1) 球状 蛋白: 分子似 球状, 如红 细胞中 的血红 蛋白, '血清 中的各 种球蛋 白等。 生物界 
大多数 蛋白质 属球状 蛋白。 一 般为可 溶性。 

(2) . 纤维状 蛋白: 分 子呈纤 维状, 如 指甲、 毛发、 甲壳 中的角 蛋白, 腱和 韧带中 的弹性 

蛋 白和蚕 丝中的 丝心蛋 白等。 一 般难溶 于水。 
根据组 成成分 可分单 纯蛋白 和结合 蛋白。 . 

(0 单纯 蛋白: 蛋白 质组分 中只含 a -氨 基酸。 天然蛋 白质大 多属于 此类。 

(2) 结合 蛋白: 由单纯 蛋白与 非蛋白 物质结 合组成 。如 核蛋白 由蛋白 质与核 酸结合 而成; 

脂 蛋白由 蛋白质 与脂类 结合; 糖 蛋白由 蛋白质 与糖类 结合。 上述非 蛋白' 部分如 核酸、 脂类和 

糖类 等统称 辅基。 ' 

根 据溶. 解 度可分 可溶性 蛋白、 醇溶性 蛋白和 不溶性 蛋白。 ' - 

(1) 可溶性 蛋白: 指可溶 于水、 稀中性 盐和稀 酸溶液 3 如清 蛋白、 球 蛋白、 组蛋 白和精 
蛋 白等。 • ' -' 

(2) 醇溶性 蛋白: 指不溶 于水、 稀盐, 而溶于 '70〜80% 乙醇, 如 醇溶谷 蛋白。 

'(3) 不溶性 蛋白: 指不溶 于水、 中 性盐、 稀酸、 稀碱 和一般 有机溶 剂等。 如角 蛋白、 胶 
原蛋 白等, 



笫二节 蛋白 质的分 子组成 

一、 蛋白 质的元 素组成 

经元紊 分析, 蛋白质 除含氮 (N) 外, 均 含有碳 (C)、 % (H)、 氧 (0) c 化外, 多半 
含硫 (S), 有^ 还含磷 (P)、 铁 (Fe)、 锌 (Zn)、 钴 (Co) 和碘 (I) 等。 .由 于糖和 脂肪一 
般不含 N, 因此, N 是蛋 白质的 特征性 元素。 多数蛋 白质含 N 量相当 接近, 约在! 3% 左右。 
'即任 何生物 样品, 每含 1 克 N 约相 当于 6.25 克蛋 白质, 敌以蛋 白质样 品中含 N 量乘以 6.25 
(100/16) 即 得蛋白 质大约 含量。 

二、 组成 蛋白质 的基本 单位一 a- 氨基酸 

蛋白质 的分子 量约从 10,000 到 几千万 (胰岛 ^例外 )。 蛋白质 经醇、 碱或 蛋白酶 完全水 
解可得 到各种 a- 氨基 酸的混 合物。 组成胰 岛素等 蛋白质 的氨基 酸数目 和分子 量见表 1-1。 



表 1—1 



蛋白质 


氨基 酸数目 


. 分子量 


胰岛素 


-. 51 


5,700 


溶菌嗨 


119 


14,400 


肌 红蛋白 


153 


17,600 


胶蛋 白醉 


180 


23,800 • 



(-) 氨基鼓 的结构 

氨基酸 是蛋白 质水解 的最终 产物, 也 -4 组 成各种 蛋白质 的基本 单位, 主要有 20 种。 除脯 
氨 酸外, 均属 a- 氨 基酸, 即 在羧基 相邻的 k 原子 (a- 碳 原子) 上 连着一 个氨基 ("NH 2 )。 
不 同侧链 部分用 R 表示。 除 R = H 的甘氨 酸外, 它们的 ot- 碳原 子都是 手性碳 原子, 故有 D 
型和 L 型两种 构型。 组成蛋 白质的 氛基酸 大多属 L 型, 某些细 菌的细 胞壁及 抗生素 中存在 D 
型氨 基酸。 

L - a- 氨基 睃的通 式如下 . 

• COOH COO- 

H 2 N-C*-H 或写作 H+N-C 5 -H 

. R R 
各种不 同氨基 酸的差 异在于 R 基的 不同, 后者具 有疏水 性或亲 水性, 也 可以是 酸性、 碱 
性或 中性。 20 种常 见氨基 酸的结 构见表 1-2〜1-5。 
(二) 氨基 酸分类 

氨 基酸有 两种分 类法, 根 据侧链 R 基的 结构 不同, 氨 基酸可 分为脂 肪族氨 基酸、 芳' 香族 
基酸和 杂环氨 基睃。 脂 肪族氨 基酸又 分含烷 基侧链 (包 括直链 和支链 )、 含羟基 侧链、 含硫 
侧链、 含羧基 侧链、 含氨 基侧链 和含酰 胺侧 链氨基 鲛等。 . 
根据 R 基的 极性 又可将 氨基酸 分为四 大类。 



1. 含 非极性 R 基团的 氨基酸 (表 1-2) 
表 卜 2 



名称 及缩写 结 构' 式 


- Pi 


丙氣酸 

(a- 氨基 丙酸) • . 
(Ak;A) . 


CH 5 - 


-c— coo- 


6.00 


細氮酸 
(a- 氨基 -P- 甲基 丁酸) 
(Val; V) 


CH,v 

chZ 


t J 

• • 

1 - 

-c— coo- • . . 

NH, 


CT 


亮氨酸 
(a- 氨基- Y- 甲基 戊酸) 
(Leu; L) 


CH 3 \ 

>CH— CK 2 - 

chZ 


H ' ' 

-c-coo- 

NH 3 


5.98 


异 亮氨酸 
(cc- 氨基 甲基 戊酸) 
(He;I) 


.U 
o 


H 

-c-coo- 

NH, 


6.08 

• 


' • 脯贫铰 
(ct- 吡咯啶 甲酸) 
(ProiP) 


•'、 o o 

o 
o 


6.30 


苯丙^ 酸 

(a- 氨基 -P- 苯基 丙酸) 
(Phe;F) 


、 〇 ,-CH, 


! h 

-;-c-coo- 


5.48 


色 g 酸 
(a- 氨基 -P-( 3 _ 吲 哚基) 丙酸) 
(Trp;W) 


\_/ 


H 
1 

-c— coo- 

NH, 


5.89 


* 甲 硫氨酸 (蛋 氨黢) 
(a- 氮基 甲極基 丁酸) 
(Met;M) 


u 


H 

-c-coo- 

NH, 


5.74 



这类氨 基酸的 R 基团, 四 种含垸 基侧链 (丙 氨酸、 缬 氨酸、 亮氨酸 、异 亮氨酸 ); 两种全 
芳香 环侧链 (苯丙 氨酸和 色氨酸 ); 一种含 硫侧链 (甲 硫氨酸 ); 脯氨酸 为含氮 杂环吡 咯的衍 
生物, 其氮 原子为 仲胺, 属亚氨 基酸。 ' 

2. 含极性 而不能 解离的 R 基团' 的氨 基酸表 (1-3) • . 

表 1一3 



名称 及缩写 



结构式 



pi 



甘. 氨酸 

(a- 氨基乙 fi^ 
(Gly:G) 



H- 



H 

c— coo- 

NH, 



5.97 



丝氨酸 . 

(a- 氨基- P- 羟基 丙酸) 
(Scr;S) 


HO— CH 2 - 


H 

1 " ' A. 

-c-coo- 

NH 3 


5.68 


. 苏氨酸 . 
(a- 氨基. -P- 羟基 丁酸) 
(Thr=T) 

• 


CH: — CH- 
OH . 


H 

-c— coo- 
1 

NH 3 


5.60 


半 K 氨酸 

-巯基 丙酸) . 
(Cys;C) - 


" HS-CH 8 --C— Q00- 

i 


5.07 


酪氨酸 . 

- (a- 氨基- P (对羟 苯基) 丙酸) 
(Tyr; y) 


. HO-/ O )-CH t - 

1 . 


H 

-c— coo- • ■ 

NH, - 


5.66 


天 冬酰胺 
(Asm N) 


- 
II 

HiN— C— CH,- 


H 

-c-coo- 


5.41 


谷 氨酰咹 . 
. (Gin; Q> 




H,N— C — CH 2 — CH 2 - 


H 

- C— COO 
NH 3 


5.65 



. 这 些氨基 酸所含 的极性 R 基团 能形成 氢键。 其中丝 氨酸、 苏 氨酸、 骼氨酸 的极性 是由其 
一 OH 提 供的, 而天冬 酰胺及 谷氨酰 胺的极 性则由 于其铣 胺基; 半胱氨 睃的极 性因其 含巯基 
(一 SH)。 甘氨 酸虽无 R 基, 但 因其带 电荷的 氨基和 羧基占 7 整个分 子的大 部分, 故 也具有 



朗显的 极性。 

3. R 基 团带负 电荷的 氨基^ (表 1-4) 
• 表. H 



名称及 ^写 


, ^构 式' 


pi 


门冬^ S 


1 H 




無 


"GOC— CH 2 -|- C— C00- 
| NH 3 


2.77 

• 


谷氨酸 


- 1 H . 




(ct-g 基戊 二酸) 


-OOC— CH 2 — CH 2 ;-C— COO" . 


3.22 " 


' (G1 U ;E) 


NH, 


^ 类氨 基酸在 pH7.0 时具 有净的 j4 电^, 它 ih 都是含 有羧基 侧链 的- 


-氨 基二羧 基氨基 


酸, 属 酸性氨 基酸。 






4. R 基 团带正 电荷的 氨基羧 (表 1 - 5 ) 




表 1-5 . 






名称 及缩写 


结构式 . 


i P I 


. 教氣锒 


. 1 H 




(a, e- 二氨基 已酸) . 
(Lys;K) 


H,N— CH 2 — CHj— CH 2 — CH,-|-C— C00- 

} NH 3 
f + 


9.74 


精氨酸 


NH ! H 




(<x- 氨基 -5- 胍基 戊酸) 
(ArgjR) 


II 1 1 
H,N-C— N-CH 2 -CH,- CH 2 -:-C-<:00- 

H ! 1 

! NH, 


10.76 


. 组氨酸 


. 1 H 




(a-SC 基- p-〔 3 - 咪 唑基〕 丙酸) 
(His.H) 


o 
〇 

i 


7.59 



这类氨 基羧在 PH7.0 时具有 净的正 电荷。 如赖 氨酸在 s 位置上 有一 NH :; 精氨酸 ,有 

正 电荷的 胍基, 而 组氨酸 则带有 弱碱性 的咪唑 基。' . . 



每种 氨基^ 都 有中文 和英文 符号表 示法。 中文 缩. 写符 号由氨 基酸名 称的 前一或 两个字 表- 
矛、。 英文缩 • 写符 号由氨 基酸英 文名称 的前三 个字母 组成。 为 了表达 方便, 近年 来也有 用单字 
母符号 表示。 如 甘氨酸 glycine (甘, Gly,G)。 . 

以上 20 种 氨基酸 是指在 蛋白质 生物合 成时, 体内具 有三联 体密码 ,能 掺入 蛋白质 分子中 
的^ 基酸。 '但蛋 白质合 成后, 分子 中某些 氨基酸 的鈿链 可发生 变化, 形成 氨基^ 衍 生物。 如 



赖氨 酸和脯 氨酸在 胶原中 可分别 羟化成 羟赖氨 酸和羟 脯氨酸 

OH NH, 
HN, — CH, — (!: H — CH,— CH: — C 一 COOH 

H 

羟 赖氨酸 (Hylys) 
二分 子半咣 氨酸可 氧化, 借 二硫键 结合成 胱氨酸 



S 



NH 2 

| -2H . 

•2HS— CH 8 — C —COOH H,N- 
I +2H 
H 



HO— GH — CH, 

H:C CH— COOH 

、 N / 
、 • H 

羟 脯氨酸 (Hypro) 



S 

CH, 

CH— NH, 
COOH 



CH, 
-CH 

COOH 

胱氨酸 



酪氨 酸经碘 化可生 成甲状 腺激素 T 3 和 T 4: 



I 



HO— < ,〇 〉一0 



I 



NH, 

'〇 \_CH 2 — C— COOH 
H 



I 



T 

3, 5, 3'- 三 碘甲腺 原氨酸 (T.) 

'、丄 ;. I 

I NH, 



HO- 



O )-0-( o 



I 



r 



•CH 2 — C— COOH 
• H 
甲 状腺素 (T 4 ) ' 
此外, 生物体 内还有 一些不 参与构 成蛋白 质的游 基酸, 如 鸟氨酸 和瓜氨 酸等。 它们 
是 尿素合 戍的代 谢中间 产物。 这些 不存在 于蛋白 质中而 以游离 或结合 状态存 在的氨 基酸, 又 
称非 蛋白氨 基酸。 



H 2 N— (CH,) 3 — C— COOH 



O NH, 

II I 
H 8 N— C— NH— (CH«),— C— COOH 



H H 

鸟氨酸 . 瓜氨酸 

植物中 含有数 百种非 蛋白氨 基酸, 这些植 物氨基 ^的 功效大 多还不 清楚。 如茶叶 中含有 
大量 茶氨酸 (Theanhie), 它 与茶叶 的品质 有关。 紫 云英籽 中含刀 豆氨酸 (Canavanine) 和 
同型 丝氨酸 (Homoserine) 等, 它 们在氮 素运转 贮藏上 起一定 作用。 有 些植物 氨基酸 如黎豆 
氨酸 (Djenkolk acid) 及 P- 氰 丙氨酸 (p-Cyanoalanhie) 等对 其它生 物是有 毒的。 这些植 

物非蛋 白氨基 酸的分 子结构 如下: . 

CH ,一 CH, — NH — CO — CH, — CH ,一 CH — COOH • 

NH, . 



H 



茶 U 酸 

H 2 N— C— N — 0— CH 2 — CH 2 — CH— COOH 
II • I 

NH NH, 

刀 il 氨酸 



M H 2 N =- (: — C M,-CH~COOH 

HO— CH 2 — CH 2 — C— COOH NH, 

H , P- 氖 丙氨酸 • 

同型 丝氨酸 . • . • • 

(H) 氨基^ 的 SI 化性质 

1. —般物 理性质 a- 氨 基酸都 是无色 结晶, 熔点在 200〜30G'C, 融 熔时即 分解。 氨基 
酸能溶 于稀鲛 或稀碱 溶液, 但 难溶于 乙醚而 微溶于 乙醇。 在纯水 中各种 氨基酸 的溶解 度差异 
甚大。 如胱 氨酸、 酪氨 鲛和天 冬氨酸 等在水 中很难 溶解, 而脯 氨酸、 精氨 鲛、. 赖氨酸 等则易 
溶 于水。 

2. 芳香族 氨基^ 的 紫外吸 收光谱 虽然蛋 白质中 存在的 20 种氨基 鲛均不 吸收可 见光, 
但色 氨^、 酪氨 酸和苯 丙氨酸 三种芳 香族氨 基酸可 显著地 吸收紫 外光, 特別 是色氨 眩和 酪氨 
酸对 280nm 波^, 苯丙 氨黢对 2G0nm 波长的 光吸收 最强, 其光吸 收强度 与氨基 ^浓 度成正 
比 关系。 由于 大多数 螢白质 中均含 有色釵 
酸和酪 氨酸, 故测定 280nm 波长的 光吸收 
强度, 可作为 溶液中 蛋白质 含量的 快速定 
量 测定。 此 法简单 易行, 但受 嘌呤、 嘧啶、 
核^ 等化合 物的干 扰,、 在应 用上受 到一定 
限制。 

3. 氨基 酸的化 学反应 氨基 酸具有 
羧基、 氨基和 R 基。 因之, 它 具有一 COOH ' 
性质 (如 成盐、 成酯、 成 酰胺、 脱 羧和酰 
氯化等 ), 文 具有一 NH 2 的性质 (如 成盐、 
脱氨与 HNOi 作用以 及酰化 等), 还 有一. 
部分 财为 氨基、 羧基共 同参与 或侧链 R 基 
团 参加的 反应。 下面 分别摘 要介绍 一些与 
氨棊酸 分析及 合成多 肽有关 的化学 反应。 

*(0 氨基的 酰基化 和烃基 化反应 : 氨基酸 氨基的 
代. 从而对 氨基殴 的氨基 起保护 作用. 

H 

R— C— COOH+R'X ― >R— C— COOH + HX 

NH, * 'NHR' 

R'= 酰基或 ^基 X'= 卤素 (C1,F) 

一 . O 

' 常用 的鲩基 化试剂 有苄氧 甲酶氯 (〈〇〉一 CH S — O— C — C1, 其中 苄氧甲 酰基可 简写成 Cbz), 对- 

― •. CH, 

甲 苯磺藝 (CH,— SO,Cl, 其中对 - 甲苯磺 酰基可 简写成 TOS), 叔丁氧 甲酰氯 (CH,一 i— — 

CH, 



克 

分 
子 
吸 
收 
率 



40.000 
20.000 
10.000 
5.O00 
2.000 
1.000 
500 - 
200 
100 
50 

20 
10 




20C 220 240 260 iOC 2:10 

波长 ( nn 〉 

m i-i 三 种芳香 族氨基 酸的紫 外线吸 收曲线 

(PH6.0) 



一个 H 可被 酰基 或烃基 (包 括环烃 及其衍 生物) 所取 



H 



C— C1, 其中 叔丁氧 甲銑基 可简^ 成 t-BOC 或 BOC)。 例如, 苄 氧甲酰 氯在弱 碱液中 与氨基 酸钠盐 作用可 
置换一 NH 2 中 的-个 H: • ' 

• • R 

; /—\ I! | 

, ( 〇 )— CH 2 — — C— C1 + H,N— CH— COONa 



O R 
〇 )~CH 2 — 0— C— NH— CH— COOH+NaCl 



R ' 

上^ 反应 产物也 ,写作 Cbz— NH— CH— COOH。 可用于 人工合 成多肽 时的氨 基保护 反应。 5-' 二甲氨 
基萘 -If! 酰氯, 简称' DNS-C1, 与 氨基酸 作用, 在紫 外线激 发下可 生成具 有黄色 萤光的 DNS- 氨 基酸, 仅 
Umoi^yp 可 测出, 常用于 多肽的 N 末端 分析, • 

CH, 

' 〇 >• +H 8 N— CH— COOH— 




-S0X1 



R 



DNS-C1 



— S0 2 NH— CH- 
R 



-COOH 



DNS- 氨基酸 
常^ 的烃基 化反应 有桑格 反应和 艾德曼 反应。 
. 桑 格反应 (Sanger reaction): 在弱 碱性溶 液中, a- 氨基 酸的一 NH, 可与 2, 4- 二硝基 氟苯发 生烃基 
化反: S, 生成稳 定的黄 色二硝 基苯代 氨基酸 (DNP- 氨基酸 )。 . ' 

NO, ' 、 TTT • . NO, 





R 



— NH— CH— COOH + HF 



2 N- 

DNP- 氨基酸 



此反应 在蛋白 质化学 的研究 史上起 过重要 作用。 Sanger 曾用; i 亥 反应测 出了第 一个蛋 白质一 胰岛素 时排 
列颇 序. 该反应 现仍用 于蛋白 质氨基 末端氨 基畴的 测定。 各种 DNP- 氨基 酸可通 过层析 分离和 检定. 

艾德 曼反应 (Edman reaction): 苯异硫 k 酸 (PTC) 与 氨基酸 或肽的 a- 氨基 皮应可 产生相 应的苯 
^氨 甲^ 氨基酸 (PTC- 氨基酸 ), 后 者在无 水酸' (HF) 中 环化成 苯乙内 酰硫脲 (PTH- 氨基酸 )。 产物经 

层析分 ^:, 显色后 鉴定。 艾 德曼反 应可用 于鉴定 I 肽链中 的氨基 末端氨 基酸。 • 



一 N = C = S+H,N — CH — C00H ~~ > ( 〇 )— N— C — N— CH— C00H 

• I \一/ II I 

• R S R 

苤异 硫氰酸 (PTC) . -. (PTC —氨 基酸) . 




厂\ / c \ . 

PTC- 氨基酸 ~>〈 O VN CH-R 
一 C 一 NH 

• s 

'' (PTH- 氨 基酸) 

氨 基酸自 动顺序 分析仪 一般就 是利用 Edman 降解 g 的原理 设计而 成的。 

(2) 羧基的 酰氯化 反应: 酰化氨 募酸与 PC1 ,或 PC1 3 在 低温下 作用, 其 一 C.OOH 即成一 C0C1 基而 活化. 

R .• • R 

Y— NH — CH — C00H+PC1 5 ~ >Y— NH— CH— C0C1 
酰化 氨基酸 (Y 代表 酰基) 酰 化氨基 酸酰氯 

一旦 羧基酰 氯化, 即易 与另一 氨基酸 的氨基 结合。 该 反应可 用于合 成肽. 

(3) 由 氨基和 羧基共 同参加 的反应 

® 氨基酸 的两性 电离和 等电点 氨基 和羧基 都是可 电离的 基团, 因 此氨基 酸可形 成兼性 
离子: 

. NH, NH+ 

R— C— COOH ^==^R— C— C00- 
H H 

根据 Br6 ns ted 酸 碱质子 理论, 酸是 质子的 供体, 碱^: 质子的 受体, 故氨 基酸既 是酸又 
是碱。 实验 表明, 不同 pH^ 件下, 氨 基酸带 电情况 如下: . 
• NH, 

R— C— COOH . 

• . NH+ • NH+ NH, . . 

■ I OH" I OH" I 

R— C— COOH =m R — c— coo-^=* R— c— COO" 
- I . H+ I . H+ 1 . 

H H 



H 

负离子 
pH> P I 



正离子 . 兼 性离子 

pH<pI pH=pI 

氨基酸 的带电 状态主 要取决 于氨基 酸的本 身以及 溶液的 pH 值。 随 着溶液 的酸性 增强, 
氨基 酸的一 NH 2 易 ^受 H+ 而转变 成正电 荷的一 NHt; —COOH 电离 则受' 抑制, 结 罘氨基 
酸主要 以正离 子状态 存在。 反之, 随 着溶液 的碱性 增强, 一 COOH 易电 离成一 COO-, 而 
NH t 则不易 获得 H -, 结果 氨基酸 $ 要以负 离子状 态存在 。在某 pH 值时, 氨基 酸中的 
NH, 接受 H+ 成一 NHt 的数量 等于一 COOH 电离成 一C00_ 的 数量, '即 氨基 酸分子 中带正 
电荷的 一 NHt 等于 带负电 荷的一 C00- , 使 整个氨 基酸呈 中性, 此时 溶液的 pH 值 称氨基 
酸的等 电点, 以 pi 表示。 各 种氨基 羧的电 离程度 不同, 因 而他们 的等电 点也各 不相同 .( 见 
表 1-2〜1-5)。 



由表 1-2〜1-5 可见, R 基为酸 性的门 冬氨^ 其 pi 分別为 2.77 和 3.22; R 基为 碱性的 
赖氨 酸和精 氨酸, 其 pi 分别为 9. 74 和 10.76。 如果 氨基酸 分子中 R 基为 中性, 则 pi 在 6 
左右, 后者是 由于一 COOH 失去 H+ 的能 力一般 大于一 NH 2 接受 H+ 的能 力, 为了维 持电中 
性, 必须在 溶液中 加入少 量酸。 

(I) 离 子交换 反应: 氨基 酸的阳 离子和 阴离子 在一定 pH 溶 液中能 同离子 交换树 脂进行 

离子 交换。 在酸性 溶液中 (对 氨基酸 的等电 点而言 ), 氨 基酸本 身为阳 离子, 故能与 阳离子 
交换剂 ®— SOTNHt 交换阳 离子; 在 碱性溶 液中, 氨基 酸为阴 离子, 故同 阴离子 交换剂 ©— 
NH}C1- 交换阴 离子。 式中 ©为 不溶性 树脂。 

R _CH— COOH + ®— SO;NH+ - ^r_CH— COOH+NH+C1" 

NH+Gl" NHt'O.S— ® 

氧基酸 阳离子 交换剂 ' , • 

(pH< P I) 

r— CH — COO_Na + + ® — NH|C1- — R — CH— CO O - H 3 + N— ® + Na + C 1 _ 

氨基酸 阴离子 交换剂 

(pH> P I) 



与离 子交换 剂结合 的氨基 酸经适 当电解 质溶液 洗脱, 氨基酸 离子又 能重新 交换 出来。 例 



如, 



R— CH— COOH+HC1 ~ > R — CH— COOH+®— SO ,~H ^ 
NHf0 3 S— ® NHtCl- . 

因 各种氨 墓酸与 离子交 换剂的 亲和力 不同, 被 洗脱下 来的氨 基酸颇 序也 不同, 亲 和力小 
的,、 基酸 先洗脱 下来。 这样 能使溶 液中各 种氨基 酸彼此 分离。 

(D 茚三酮 反应: a- 氨基 酸可被 茚三酮 水合物 氧化成 RCHO、 C0 2 NH C , 生 成的还 
原型 茚三酮 可进一 步与所 产生的 NH 3 及另 一分子 茚三酮 作用 生成蓝 紫色化 合物。 



〇 





ii 

C\ 

ii 

o 



.OH 



茚三詷 水合物 



+ R — 




、 / H . 

C( 屮 RCI- IO+CO : + NH, 



/'\0H 



还原型 茚三酮 




\〇H 



斗 NH,+ 




― 〇 



C 一 N = C 



C《 
OH 




〇 f oH t O 



茚二 顧又茚 二酮胺 (蓝 紫色化 合物) 



— It — 



茚三 酮反应 可用于 氨基酸 的定量 分析, 其蓝 紫色化 合物的 吸收光 谱峰在 570nm。 茚三酮 
与脯 氨酸及 羟脯氨 酸反应 不释放 NH 3 , 而 直接生 成黄色 产物。 
*4. 氨基 酸的定 量分析 

近年 来氨基 酸自动 分析仪 已广泛 应用于 分析蛋 白质或 多肽的 氨基酸 组成。 7 其基本 原理是 根据各 氨基酸 
中的 氨基和 羧基等 可解离 基团的 PK 值 存在着 差异. 而将 其彼此 分离。 具^ 办 浍是将 氨基酸 先交换 到阳离 
子 交换树 脂上, 然后, 选择适 当的洗 脱剂, 把 氨基酸 先后逐 个从柱 上洗脱 下来, 同 时用茚 三酮与 洗脱液 
混 匀进行 反应, 并用光 密度计 检查, 从洗 脱峰的 先后可 判断氨 基酸的 种类. 从 光吸收 可测出 该氨基 酸的含 



填 充于层 析柱中 的离子 交换树 脂大多 用磺酸 型阳离 子交换 树脂, 将 氨基酸 混合液 加入柱 中后, 可用洗 
脱 液分段 洗脱。 如先用 pH3. 49 缓冲液 洗脱, 此时 酸性氨 基酸和 含羟基 侧链的 氨基酸 先洗脱 下来; 然后自 
动调节 pH 至 3. 95, 洗脱 脂肪族 侧链氨 基酸; 再改用 pH6. 40 缓冲 液洗脱 芳香族 氨基酸 和碱性 氨基酸 (图 1 - 
2). 

Buffer pH 3.95 

Butter pH 6.40 




30 60 90 120 

时间 (分) 

图 1-2 蛋白质 水解液 中氨基 酸的色 层分析 

氨基酸 洗脱后 可分别 经茚三 酮反应 生成紫 蓝色化 合物, 并 用光密 度计在 570nm 波长测 光吸收 (因 脯氨 
酸 和羟脯 氨酸与 茚三酮 反应呈 黄色, 故改用 440nm 测光吸 收), 数据 经微机 处理后 可直接 获得。 目 前最灵 
敏 的氨基 酸自动 分析仪 可测出 IX 10—' 摩 尔的氨 基酸。 这类 仪器将 分离、 定 量和数 据记录 等系统 配套, 分析 
,个 蛋白质 水解液 的全氨 基酸组 成数小 时就能 完成, 

- 近 年来有 人试用 萤光胺 和邻苯 二甲醛 来代替 茚三酮 反应。 这两种 试剂与 氨基酸 反应可 形成萤 光 产物, 
^而 提高灵 敏度, 荧光胺 可测出 1 X 10 — 12 摩 尔的氨 基酸。 

' 应 用质谱 法分析 氨基酸 也一直 是人们 研究的 内容, 其 灵敏度 极高, 可达 10-" 摩尔 水平, 同时速 度也较 
快, 目 前深受 重视。 

*5. 氨基酸 的制备 和用途 

氨基酸 可通过 水解蛋 白质、 人工合 成和微 生物发 酵生产 制得。 

(1) 水 解法: 蛋白质 经酸、 碱或 多种蛋 白酶水 解成氨 基酸, 再用适 当方法 分离、 提纯, 可获得 所需氨 
基酸. 酸 法水解 蛋白质 一般用 HC1, 在 高温下 (90~120°C) 进行。 加 压可缩 短水解 时间. 水解后 ,用 NaOH 
中和, 过滤, 再调 节至所 需氨基 酸的等 电点, 该 氨基酸 即沉淀 析出。 如 用毛发 作原料 提取胱 氨酸, 经酸法 
水解 后, 用碱调 节至胱 氨鲛等 电点, 即可得 晶体胱 氨睃. 过去 味精厂 从面筋 (谷 蛋白) 制 造味精 (L- 谷氨酸 



II —一 




n3J 



s. 



吸光率 



— 11 — 



钠) 也 用类似 方法. 酸水解 不会引 起消旋 作用, 但色氨 酸常被 破坏. 含 羟基的 氨基酸 部分遭 破坏; 一 些水解 
产 物可与 醛基化 合物作 用生成 一类黑 色物质 而使水 解液呈 黑色. 

碱 法水解 蛋白质 一般用 Ba(OH),, 优点 是色氨 酸不受 破坏, 水 解液呈 无色, 但可 破坏合 琉、' 含 羟基或 
胍 基的氨 基酸; 同时 会使氨 基酸产 生消旋 作用。 故 不宜用 于制备 L- 氨 基酸. 

酶法 水解蛋 白质, 因反 应条件 温和, 不会 破坏氨 基酸, 也 不会引 起消旋 作用. 缺点是 水解时 间长, 不 
易水解 完全, 中 间产物 较多. 但因此 法条件 温和, 设备 简单常 用于制 备水解 蛋白及 食品酿 造等。 

(2) 人工合 成法: 用 有机合 成法制 备氨基 酸所得 产品是 外消旋 产物, 将 DL- 氨基酸 分离成 D 型和 L 型 
手续 繁杂, 故 只适用 于制备 少数难 于用水 解法制 备的氨 基酸, 如 色氨酸 和苏氨 酸等. 

(3) 微 生物发 酵法: 利 用微生 物发酵 生产氨 基酸, 已日趋 普及. 如利用 谷氨酸 生产菌 (谷氨 酸短扦 菌), 
在一 定的培 养基, 温度, pH 和通风 条件下 培养, 可制得 大量谷 氨酸, 目前生 产味精 大多已 改用发 酵法. 

适当比 例配成 的氨基 较混合 液可直 接输入 血液, 补充 营养, 部分地 代替人 血浆。 对 创伤、 烧伤、 手术 
后的 病人有 增进抗 病力, 促 进康复 作用. 近十年 余来, 氨 基酸输 液已从 静脉营 养阶段 向着病 种专用 阶段发 
展. 如复合 氨基酸 9R 注射液 (包 括八 种必需 氨基酸 和组氨 (酸) 对慢性 肾功能 衰竭患 者有缓 解尿毒 症症状 ,纠 
正氮质 血症, 改善 营养状 况, 降 低血磷 和增加 机体抵 抗力等 作用. 

近 年来, 氨 基酸平 衡失调 学说, 也日益 为人们 重视. 支链 氨基酸 3 H 注射液 (含 L- 异亮 氨齩、 L- 亮氨酸 
和 L- 缬 氨酸) 的 应用, 为肝 性脑病 提供了 一种新 的治疗 手段, 它能增 加血清 中支链 氨基酸 浓度, 降 低芳香 
族 氨基酸 含量, 迅速 改变支 / 芳 比值, 从而改 善氨基 酸平衡 失调, 对 肝昏迷 有苏醒 和预防 作用. 

三、 肽 键和肽 
(-) 肽键 的形成 

由 氨基酸 缩合而 成的化 合物称 为肽。 它们 是通过 一个氨 基酸分 子的一 NH, 与另一 分子氛 
基酸的 一 COOH 脱去一 分子水 形成一 CO— NH— 锭 (肽键 ) 而互相 连接起 来的。 

R, R 2 - R, ! I R, 

I I 1 I -H 2 I ; II ; 1 

H, N— C — C Q— j-0 H + H -]— N — C — C II ^ H 2 N— C— :-C— N- — C— COOH 

H H H H ! H i H 

肽键 二肽 

由 二分子 氨基酸 组成的 肽称为 二肽, 由 三分子 氨基鲛 组成的 肽称为 三肽, 依此 类推。 由 
多个 氨基酸 形成的 肽则称 多肽。 因 多肽呈 链状, 故 又称多 肽链。 少于 25 个氨 基酸组 成的多 
肽 有时称 寡肽, 这是 人为规 定的。 

多肽 链的一 端常有 游离的 a- 氨基, 称为 氨基端 (简称 N 端, 在书写 时可在 氨基酸 的缩写 
或符 号前加 "H" 表示 ); 另 一端是 游离的 a- 羧基, 称 羧基端 (简称 C 端, 在 书写时 可在氨 
基 酸的缩 写或符 号后加 "0H" 表示 )。 结 合在肽 键中的 氨基酸 已不是 完整的 分子, 故 称氨基 
酸 残基。 在 表示肽 链中氨 基酸残 基的顺 序时, 习 惯上将 N 端写在 左面, C 端写在 右面, 并从 
N 端起编 写氨基 酸顺序 数字。 例如, 由丙 氨酸、 甘 氨酸和 丝氨酸 组成的 三肽称 丙氨酰 甘氨酰 
丝 氨酸, 其结构 如下: 

CH, ! Ho 
- I II 

H 2 N— C —— C-!-N— C — C- 



H H 



CH 2 OH 
N — C— COOH 
H H 



WK 饯残基 甘氨 酸残基 丝氨 酸残基 



— 12 — 



4 用 文字简 写成: Ala-Gly- Ser 或 H- 丙- 甘-丝 一OH 

体 内存在 的谷胱 甘肽是 Y- 谷氨 酰半胱 氨銑甘 氨酸。 其中 N 端的谷 氨酸是 通过其 Y- 羧基 
与半胱 氨铰的 氨基相 连接。 

SH 

CH, I 



NH, 



〇 



HOOC— C— CH,— CH 2 — C- 
H 



H 

I V I I 
-N— C — C -j-N-C-COOH 

H H i H H 



谷 胱甘肽 (还 原型) 

还原 型谷胱 甘肽是 维持正 常红细 胞膜结 构所必 需的。 并参与 体内氧 化还原 反应。 
有 些抗菌 素如短 杆菌肽 S, 酪杆 菌肽和 多 粘 菌肽等 均为环 状多肽 。这些 环状多 肽除含 L - 
氨基酸 外还有 D- 氨基酸 存在。 
(二) 体 内某些 重要的 活性肽 

近十 年来, 随 着肽类 化合物 的微量 分离、 纯化、 结 构测定 和人工 合成等 技术的 改进, 发 
现了 许多具 有重要 活性的 肽类化 合物, 它 们有些 具激素 功能, 有些参 与神经 活动, 有 些则能 
使血管 收缩和 扩张, 调节 血压; 有些 是强的 致痛物 质等。 

例如: 促 甲状腺 激素释 放激素 (TRH) 是由 下丘脑 分泌, 经垂体 门静脉 进入腺 垂体, 能 
促进 促甲状 腺激素 (TSH) 的 释放。 它是 由焦谷 氨酸、 组氨 酸和脯 氨酰胺 组成的 三肽。 其化 
学结构 如下: 









II 

c- 



、N' 
H 



; 
II I 

■NH— CH— C- 
CH, 



-N 



C 

NH, 



〇 



N NH 

焦谷氨 酸残基 组氨 酸残基 脯氨酰 胺残基 
促 甲状腺 激素释 放激素 (TRH) 

实验 表明, TRH 中的组 氨酸若 被其他 氨基酸 取代, 活性 有不同 程度的 下降。 例如, 被色 
氨酸或 酪氨酸 取代, 活性仅 及天然 TRH 的 4% 以下; 若 把组氨 酸和脯 氨酰胺 分别用 苯丙氨 
酸和羟 脯氨酸 取代, TRH 则几 乎完全 失活。 由此 可见, 在肽链 结构中 的氨基 設残基 对肽的 
功能具 有重要 作用。 

其 他重要 的活性 肽见表 1-6。 

表 卜 6 



名 称 




基酸 排列顺 


序 


生 理功用 


黄 体生成 激素释 


(焦) 谷- 组- 


色-丝 -63- 甘 -亮- 枏- 脯- 


4= 


下丘脑 分泌, 可促进 _ 每体 释放黄 


放 a 素 (LRH) 


1 2 


3 4 5 6 7 8 9 


10 


体 生成素 






(十肽 ) 







— • 13 — 



续表 



名 称 


氨 基酸排 列顺序 


tL, TtW -r4« 

生 理功用 


生 长激素 抑制激 

素 (GHIH) 


H- 丙- 甘- 半胱- 赖- 门-苯 丙-苯 丙-亡 

S 

S 
1 

HO- 半胱 -丝- 苏-苯 丙-苏 -t 
(十 四肽) 


\ 


下丘脑 分泌, 能抑 制垂体 分泌生 
长激素 


抗利 尿瀲素 
(ADH) 


S S 

H 2 N NH 2 1 

H- 半胱- 酪-苯 -谷- 门- 半胱- 脯 -^-tl 
(九肽 ) 


-NH 2 


垂 体后叶 储存与 释放, 是 休内维 
持水平 衡和渗 透压平 衡的^ :耍激 
素, 临床用 于治疗 尿崩症 和肺咯 
血 


催产素 


s s 
H 2 N NH 2 1 




垂 体后叶 储存与 释放, 具 强烈的 
剌激 子宫收 缩作用 




H -半胱 -酪- 异- 谷-门 -半胱 -脯- 亮-甘 -NH 2 
(九肽 ) 




蛋氨酸 脑啡肽 
亮氨酸 脑啡肽 
脑新肽 


H- 酪-甘 -廿 -苯丙 -蛋- OH 
H- 酪- 甘- 甘-苯 丙-亮 -OH 
H- 门- 丙- 甘-丙 -OH 


与痛 觉的调 节及情 绪活动 有关. 
针 刺镇痛 的原理 之一, 在 于使内 
啡肽释 放增多 


P 物质 


H 2 N NH 2 

H- 精-脯 -赖- 脯-谷 -谷- 苯丙- 苯丙- 甘- 亮- 
(十一 肽) 


蛋- NH 2 


对大脑 皮质神 经元、 运动 神经元 
和脊 髓后角 神经元 都有缓 慢的兴 
奋 作用, 并能 使肠管 收縮, 在痫 
觉调节 中起一 定作用 


神经 降压肽 


NH 2 

(焦) 谷-亮 -酪- 谷-门 -赖- 脯-椅 -精- 脯-酷 -异亮 
(十 三肽) 


-亮 -OH 


使血管 扩张, 血压 下降, 促进糖 
元 异生, 增 加胰高 血糖素 (29 肽) 
和胰 岛素的 分泌, 还能促 进垂体 

释放 ACTH 和促性 腺激素 


胃泌素 II 


-' (焦) 谷-甘 -脯- 色-亮 -谷- 谷-谷 -谷 
H 4 N- 苯丙- 门-蛋 -色- 甘-酪 -丙- 谷 


促进胃 酸分泌 ' 




S0 3 H 

... (十 七肽) 






胰泌素 


27 肽 


促进胰 液分泌 


胆襄 收缩素 -促胰 
酶素 

(CCK-PZ) 


33 肽 


促进 胆囊收 缩及胰 酶分泌 


血管 紧张素 I 
(AI) 

血管 紧张素 II 
(All) 


1 

H- 门-精 -缬- 酪-异 亮-组 -脯- 苯丙- 组-亮 -OH 
(十肽 ) 

H- 门- 精-缬 -酪- 异亮- 组-脯 -苯丙 -OH 
(八肽 ) 


肾素 (蛋 白水 解酶) 可水解 血管紧 
张素 原生成 AI, 进一步 由转化 嗨 
水解成 All, 后者具 有血管 收缩, 
增 加外周 阻力; 刺激 醛固酮 分泌: 
增 加循环 血量, 最 后导致 血压升 
高 等作用 


缓激肽 
胰激, 呔 

蛋氨酰 胰激肽 


H- 精-脯 -脯- 甘-苯 -丝 -脯- 苯-精 -OH 
(九肽 ) 

H- 赖- 精-脯 -脯- 甘- 苯-丝 -脯- 苯-精 -GH 
(十肽 ) 

H- 蛋- 赖-精 -脯- 脯- 甘- 苯- 丝- 脯-苯 -精- OH 
(十 一肽) 


正常 浓度的 激肽有 保持血 压不致 
过度升 高和血 流通畅 的作用 • 大 
量激 肽则可 引起毛 细血管 舒张, 
通透性 增加, 血压 下降, 水肿, 
发热及 疼痛等 现象。 是已 知最强 
的 血管扩 张物和 最强的 致痛物 



第三节 蛋白 质的分 子结构 

蛋 ^质乂 多肽, 但与前 述 简单的 多肽不 M, 是 具有独 特专一 立休结 构的^ 分子化 合物, 



易 沉淀、 变性, 具更 复杂的 生物学 功能。 因此, 对蛋 白质结 构的研 究不能 仅« 限于各 种蛋白 
质 分子中 氨基酸 的组成 和排列 顺序, 而且需 要进一 步了解 蛋白质 分子中 的肽链 是如何 卷曲、 
折叠而 成一定 的立体 结构。 , 

蛋白质 的立体 结构又 称空间 结构, 它包 括构象 和构型 的研究 内容。 构象和 构型的 含义是 

不 完全相 同的。 所 谓构型 (Configuration) 是 指有共 价键的 变化, 才能 出现立 体结构 变化的 
一 类空间 结构, 主要指 光学不 对称的 这样一 种特定 的立体 结构。 而构象 (Conformation) 是 
指不 需要共 价键的 变化, 就能 使立体 结构改 变的一 类空间 结构。 
蛋 白质的 分子结 构按层 次可分 为以下 四级。 

一、 一 级结构 

(一) 氨基 酸的排 列顺序 是蛋白 质的一 级结构 

蛋白质 分子的 基本结 构是多 肽链, 通 常所谓 的一级 结构是 指多肽 链中氨 基酸的 排列顺 
序。 例如, 胰 岛素是 一种蛋 白质, 分 子量为 5,7 3 4, 它由 5 1 个氨基 酸组成 A、 B 两 条多肽 
链, A 链含 21 个 氨基酸 残基, B 链含 30 个 氨基酸 残基, 两条肽 链借两 个二硫 键联结 起来。 
二硫 键可存 在于两 条肽链 之间, 也可存 在于一 条肽链 之中。 如 A 链的第 6 与第 11 位 氨基酸 
残基 之间有 一个二 硫键。 人胰 岛素的 一级结 构见图 1-3。 

A 链 

冊 2 —— S —— S ! NH, NH, 

H- 甘- 异亮- 缬-谷 -谷- 半胱- 半胱 -苏- 丝- 异-卓 胱-丝 -亮- 酪-谷 -亮- 谷-门 冬-酪 -半胱 -门冬 -NH, 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 

S S 

I / 

H 2 N NH 2 S S 

H- 苯丙 -缬- 门冬- 谷-组 -亮- 半 1 胱- 甘-丝 -组- 亮- 缬-谷 -丙- 亮-酪 -亮- 缬-半 胱-甘 -谷- 精- 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 

|- 甘- 苯丙- 苯丙- 酪-苏 -脯- 赖-苏 -0H 
23 24 25 26 27 28 29 30 

B 链 

图 1-3 人胰岛 素的一 级结构 

又如牛 胰核糖 核酸酶 是水解 RNA 的一 种酶, 它由 124 个氨基 酸残基 组成的 一条多 肽链, 
链 内通过 四个二 硫键使 核糖核 酸酶折 叠成球 形分子 (图 1-4)。 

• 由 于氨基 酸自动 分析仪 和肽链 氨基酸 顺序自 动测定 仪等的 应用, 巳经测 定一级 结构的 蛋白质 数量日 
趋 增多。 单从蛇 毒中纯 化的毒 蛋白, 并完 成一级 结构分 析的就 超过一 百种。 又 如从蓖 麻籽中 分离得 到的蓖 
麻 毒蛋白 (Ricin) 乃由 525 个氨基 酸残基 组成的 a、 B 两条多 肽链, 通 过二硫 键联结 而成. A 链有 剧毒, 能 
抑制 细胞内 的蛋白 质生物 合成: 而 B 链无毒 能与细 胞膜上 含半乳 糖残基 的受体 结合, 使 A 链透 入细胞 而抑制 
蛋白质 合成, 发挥 毒性。 一分子 A 链能杀 死一个 细胞。 从 商陆、 相 思豆等 植物中 也获得 类似毒 蛋白. 利用肿 
瘤细胞 表面特 异抗原 产生单 克隆抗 体与蓖 麻毒蛋 白做成 的导弹 毒素, 能 专一性 地杀死 肿瘤细 胞而不 损害正 
常 细胞, 已在 动物实 验获得 成功, 引起国 际上医 学界的 兴趣。 从毒 蛇中提 取的抗 凝酶, 已成为 治疗血 栓病的 
商品 药物。 具有 引产、 抗早孕 和抑制 肿瘤细 胞生长 的天花 粉蛋白 (Trichosanthin) 主要由 234 个氨 基酸残 



一 15 




图 1-4 牛 胰核糖 核鲛酶 的氨基 酸顺序 
基 组成, 其一级 结构分 析也已 完成。 分 子量为 25, 682。 结 构见图 1-5。 

10 

H-Asp-Val-Ser-Phe-Arg-Leii-Ser-Gly-Ala-Thr-Ser-Ser-Ser-Tyr-Gly-Val-Phe- 

20 30 
Ile-Ser-Asn-Leu-Arg-Lys- Ala-Leu-Pro- Asn-Glu-Arg-Ly s-Leu-Tyr- Asp-Leu- 

40 50 
Pro-Leu-Ile-Arg-Ser-Ser-Leu-Pro-Gly-Ser-Gln-Arg-Tyr-Ala-Ile-His- 

60 

Leu-Thr-Asn-Tyr- Ala- Asp-Glu-Val- Ala-Leu- Asp- Val-Thr-Asn-Val- Asp- Ala 

70 80 
Gly-Leu-Pro-Arg-Asn-Ala-Val-Leu-Tyr-Ile-Met-Gly-Tyr-Arg-Ala-Gly-Asp- 

90 100 
Thr-Ser-Tyr-Phe-Phe-Asn-Glu-Ala-Ser-Ala-Thr-Glu-Ala-Ala-Lys-Tyr-Val- 

110 

Phe-Lys-Asp-Ala-Met-Arg-Lys-Val-Thr-Leu-Pro-Tyr-Ser-Gly-Asn-Tyr-Glu* 
120 130 

Arg-Leu-Gln-Thr-Alg-Ala-Gly-Gly-Leu-Arg-Glu-Asn-Ile-Pro-Leu-Gly-Leu- 

140 150 
Pro-Ala-Leu-Asp-Ser-Ala-Ile-Thr-Thr-Leu-Phe-Tyr-Tyr-Asn-Ala-Asn-Ser- 



16 一 



160 170 

Ala-Ala-Ser-Ala-Leu-Met-Val-Leu-Ile-Gln-Ser-Thr-Ser-Glu-Ala-Ala-Arg- 

180 

Tyr-Lys-Phe-Ile-Glu-Gln-Gln-Ile-Gly-Ser-Arg-Val-Asp-Lys-Thr-Phe-Leu- 

190 ' 200 

Pro-Ser-Leu-Ala-Ile-Ile-Ser-Leu-Glu-Asn-Ser-Leu-Trp-Leu-Ala-Leu-Ser- 

210 220 
Lys-Ghi-Ile-Gln-lle-Ala-Ser-Thr-Asn-Asn-Gly-Thr-Phe-Glu-Ser-Pro-Val- 

230 

Val-Leu-Ile-Asn-Ala-Gln-Asn-Gln-Arg- Asn-Asn-Mct-(Ala-)OH 

图 1-5 天 化粉蛋 白的一 级结构 
由于 蛋白质 的一级 结构决 定高级 结构。 因此, 了解 蛋白质 的一级 结构 是研 究蛋白 质分子 
结构的 基础。 



II 

蛋白质 由许多 氨基酸 经肽键 连接起 来的多 肽链。 肽键一 C 一 N —中 C—N 具 有双键 性质。 



R 



H 

o ?'' 

0、 〜 JX 
N 0H + H- N " 、 



\ 6h+h- 

、—乂 



n 
I 



广、、 



H«0 



\ 

,0 、 



1、H 



R' 

*0 



H 



因之, C 一 N 间不 能自由 旋转, 而 成平面 

结构, 称" 肽镍 平面" 或" 酰胺平 面"。 肽键 

平面两 恻的 C a -N 与 C- C a 键则是 (7 键, 

可 以自由 旋转, 如图 】-6 所示。 

# (二) 肽 链中氨 基酸排 列顺序 的测定 

测定一 条多肽 链氨基 酸顺序 的步骤 大致包 
括: ®N- 端和 C- 端氨 基酸的 分析; @ 采 用几种 

不同方 法使蛋 白质部 分水解 得到几 个不同 的小肽 
段, 分别加 以分离 提纯; ③ 小肽的 氨基酸 顺序分 
析; ® 用重叠 法推断 整条多 肽链的 全部氨 基酸顺 

,>J f 

序, t ^ 

N- 末端 分析法 主要有 四种: ①二甲 氨基萘 ― ~ 
磺 酰氯法 (DNS-C1 法); ②异 硫氰酸 苯酯法 图 1-G 多肽链 中的" 酰胺 平面' 

(Edman 氏法) : ③ 2, 4- 二硝基 氟苯法 (Sanger 氏法 ); @玆 肽聽& 気肽 能切下 N-^^ 基 酸而不 切新链 
内的 肽键. 因此, 可从 N 端开 始, 相继 释放氨 基酸, 

C- 末端分 析法有 两种: (D 肼 解法: 多 肽与肼 作用, 除 C 末端 氛基 骏外, 其他弒 Sii 都因 肽键靳 裂而转 
变成 相应的 酰肼. 胼解 下来的 C 末端 氨基^ 可 用层析 法分离 鉴定。 



I 11 

! 。z 



>\a/CGOH 

Z ^1 



o 

H !i 
H ? N— C — C- 



-N- 
H 



H 

-C- 
R 2 



H 



O 



o 

II 

-c' 

H 



H 

-N— C- 
H I 
R, 

O 



-COOH ^kMi— 



■N- 
H 



-NH,+ H,N — C 一 COOH 



H,N— C — C 一 N— NH,+ I-I 2 N—C — C' 
I H I 

R, R 2 

C- 末端 氨基酸 

②羧肽 酶法: 羧 肽酶只 能切下 C-:(i 端 ^ 基鲛, 而不切 ^链内 肽键. 因此, 能从 逐个释 放氨基 酸. 
上述 羧肽酶 和氨肽 酶只能 分别从 C- 端或 N- 端 切开肽 链, 称端解 对 于小肽 来说, 有了氮 S 詨组成 
和 末端分 析的数 据后, 其, © 序就能 决定. 但 对&长 的多^ 链, 就必 W 先 将其部 分水解 为小的 肽段, 才能测 



— 17 — 



定 序列。 利用 各种蛋 白酶的 专一性 不同, 可得^ 不同的 小肽。 这 些用于 切开肽 链内郎 肽锭^ 内切 酶, 常 
用的有 ^蛋 白酶, 它只能 切幵赖 氨酸或 精氨酸 羧基所 形成的 肽键; 胰糜蛋 白酶则 只能切 开三. 种芳香 族氨基 
酸 (苯丙 氨酸、 酪気 酸和色 氨酸) 羧基所 形成的 肽镗。 其他内 切酶有 弹性蛋 白酶、 胃蛋白 ^和木 瓜蛋白 酶等, 
分别 使用几 种肽链 内切酶 切开多 肽链, 可得到 不同的 寡肽。 这些寡 肽的氨 基酸顺 序相互 交搭, 最 后可拼 

凑出整 条多^ 链的 氨基酸 序列, 例如, 某 九狀从 末端分 析知其 N- 端氨 基酸为 Ser, C- 端氨 基酸为 Arg, 再分 
别经胰 蛋白^ 和 胰糜乳 蛋白酶 氷解得 到下列 寡肽: 
胰蛋白 酶降解 的肱段 : 

Ser-Ala-Gly-ArglflThr-Phe-Ala-Asn-Arg 
胰糜乳 蛋白酶 降解的 肽段: 
Ser-Ala-Gly-A'rg-Tlir-Phe|nAla-Asn-Arg 

从 而得到 九肽的 氨基酸 顺序: 
Ser-Ala-Gly-Arg-Thr-Phe-Ala-Asu-Arg 

*( 三) 多, 呔的化 学合成 

多 肽的化 学合成 有两种 方法: 液相 合成与 固相合 成法。 两法原 理基本 相同, 前者 合成反 应在溶 液中进 
行, 后者在 固体支 持物上 进行。 

一 个氨基 酸的一 NH 2 与另 一氨基 酸的一 COOH 缩合 成肽, 在理 论上讲 是很简 单的。 但 在实验 操作, 须 
经许多 步骤。 这是由 于两个 氨基酸 成肽都 各自有 一 NH 2 基和一 COOH 基, 要使 氨基酸 (I) 的一 COOH ,和氨 
基酸 (II) 的一 NH 2 结合, 首先 需保护 氨基酸 (I) 的一 NH 2 和活化 它的一 COOH; 同样, 要保护 氨基酸 (II) 的 
一 COOH 和活化 它的一 NH,。 两种 氨基酸 结合成 肽后, 还需用 适当方 法将一 NH, 和一 COOH 上的保 护基团 
去掉, 而 不损坏 新合成 的肽。 如果 所用的 氨基酸 带有一 SH 基或 胍基, 则还须 把这些 侧链基 团保护 起来. 按 
同样 原理可 延长肽 链合成 多肽。 

常 用的一 NH 2 保护 基有对 -甲基 磺酰基 (Tosyl 或 Tos 基), 苄氧 甲酰基 (Cbz 基), 或三 苯甲基 (Tritjrl 基). 
保护— COOH 可 通过酯 化或皂 化使一 COOH. 变为一 COOC 2 H 5 或 _COONa, 此反 应能同 时使一 NH, 活化. 
使一 COOH 活化, 则可用 PCl^ 氯化, 使氨 基酸中 一COOH 变为一 dOCl 基。 

固相合 成法的 应用, 使合 成多肽 技术有 较快的 进展。 其过程 是将粒 状固相 支持物 (如 氯甲 基聚苯 乙烯树 
脂) 同一 NH 2 被保 护的 氨基酸 (如 BOC- 氨 基酸) 起 反应, 生成 BOC- 氨酰基 树脂。 然后, 用脱 BOC 基试剂 
(如三 氟乙酸 加二氯 甲垸将 BOC- 基 脱去, 即得带 自由一 NH 2 的 氨酰基 树脂。 再 加入一 NH 2 被 BOC 保 护的第 
二个氨 基酸, 并加 缩合剂 (如二 环己基 碳二亚 胺), 即得 BOC- 二肽 树脂' 脱 BOC 基即 得二肽 • 反应 简示如 
下: 



BOC— N— CH— C00H+C1— CH 2 — : 
H 

n I 脱 HC1 





脱水 BOC— NH— CH— COO" 



BOC— NH— CH— C— N— CH— COO— CH 2 — ( 〇 ;)一 树脂 
H \ ― / 

丄脱 BOC 基, 纯化, 分离 

R, O R, 

I II I 
H,N— CH— C — N— CH — COOH 

H 

. 二肽 

如 欲合成 较长的 肽链, 可 按拟合 成的肽 的氨基 酸排列 顺序, 依 次加入 BOC- 氨 基酸, 重复 操作' 即 可 
得 多肽. 

程 序控制 自动化 多肽合 成仪的 应用, 可提 高合成 多肽的 效率. 人工 合成胰 岛素和 催产素 等激素 常用泫 
相合 成法; 牛 胰核糖 核酸酶 和许多 寡肽都 用固相 合成法 进行。 

二、 二 级结构 

蛋白质 分子包 括主链 和侧链 R 两部 分。 其主 链部分 如下: 



II II 

...C a — C— N— C B — C — N — C a ." 
H H 

因酰胺 平面间 的相对 旋转, 使 主链出 现各种 构象, 这种 主链原 子的局 部空间 排列, 称蛋 
白质 的二级 结构。 具体 表现在 天然蛋 白质分 子中, 由几 百个氨 基酸组 成的多 肽链, 不 是全部 
以松散 的线状 存在, 而是部 分卷曲 盘旋成 螺旋状 (称 a- 螺旋, 见图 1-7) 或 折叠成 片层状 
(又称 P- 片层结 构见图 1-9) 等。 有的整 条肽链 卷曲成 螺旋, 或呈片 层状。 这 些螺旋 或片层 
状结 构即为 蛋白质 的二级 结构。 

在蛋白 质的一 条多肽 链上, 可 以有部 分肽段 呈螺旋 结构, 部分 呈片层 结构, 也有 部分呈 
无规则 卷曲。 这主 要取决 于肽段 上氨基 酸残基 侧链的 长短。 例如, 当异亮 氨酸、 色氨 酸和苯 
丙氨 酸等^ 链同 时紧靠 着排列 在一肽 段上, 由于空 间障碍 就不能 盘曲成 螺旋, 也不能 折叠成 
片层, 而呈 松散的 无规则 卷曲。 相反, 如氨基 酸残基 的侧链 很短, 则这 一肽段 就可能 折叠。 
如蚕丝 蛋白含 45% 甘 氨酸和 32% 丙氨 酸及丝 氨酸, 这些 氨基酸 残基的 侧链都 很短, 所 以蚕丝 
蛋白 质分子 中的肽 链都折 叠成片 层状。 若组 成蛋白 质的氨 基酸残 基的侧 链长度 介乎以 上两者 
之间, 则形成 a 螺旋 结构。 如毛 发中的 角蛋白 整条肽 链都呈 ct- 螺旋 结构。 

(一) 旋结构 (图 1-7) 

在 a- 螺旋 中肽链 如螺旋 样盘曲 前进, 螺旋 每转一 圏上升 3. 6 个 氨基酸 残基, 相当于 5.44 
A (图 1- 7 ), 每个氨 基酸残 基沿轴 向上升 1.5A; 每个 氨基酸 残基的 N—H 与前面 隔三个 
氨基睃 残基的 C==0 形 成氢键 (图 1-8)。 这些氢 键是使 a- 螺 旋稳定 的主要 因素。 绝 大多敛 
蛋白质 以 右手 a- 螺 旋形式 存在, 1978 年 发现蛋 白质结 构中也 有左手 a- 螺旋。 

(二) P- 片 层结构 (图 1-9) 

它依靠 两条肽 链或 一条肽 链内的 各肽段 之间的 C==0 与 N — H 形成 氢键而 构成。 两条肽 
链可以 是颐向 平行, 也 可以是 逆向平 行的。 
(H) P -折 * (P-Bend) 




图 1-7 蛋 白质的 a- 螺 旋结构 



m i-8 a- 嫘旋中 的氢键 




--側 链 
接 HW"?^® 




m 1-9 蛋白质 分子的 p- 片层折 叠结构 

伸 展的肽 链形成 180。 的 回折, 成 U 形转折 结构。 它是由 四个连 续的氨 &残基 构戌。 第 
一个 氨基^ 残基的 羰基与 第四个 氮基酸 残基的 亚氨基 之间形 成氢键 以维持 其构象 • 



20 



三、 三 级结构 

上述蛋 白质的 a -螺 旋, P- 片层和 P- 折角 

等 二级结 构往往 受侧链 以及各 主链构 ^ 单元间 
的 相互作 用, 从而 进一步 卷曲, 折叠成 具有一 
定规^ 性的三 度空间 结构。 这就 是蛋白 质的三 
级 结构。 

它反^ 了蛋白 质分子 (或 亚基) 内所有 原- 
子的 空间排 布, 大 多数蛋 白质都 具有纤 维状或 
球状 的三级 结构。 血 红蛋白 P- 链的三 级结构 
如图 1-10 所示。 



参、 

/\ ■:' T \-.i'-'K 
0-: 




、; • 

图 1-10 血' 红蛋白 P- 链的三 级结构 



四、 四 级结构 

有些蛋 白质分 子是由 两条以 上各自 独立具 有三级 结构的 多肽链 组成, 这些 多肽链 之间通 
过次级 键相互 缔合而 形成的 空间构 象称为 蛋白质 的四级 结构。 具 备四级 结构的 蛋白质 分子中 
的每个 有独立 三级结 构的多 肽链单 位称为 亚基。 可 见蛋白 质的四 级结构 反映了 蛋白质 分子中 
各亚基 的立体 排布, 亚基间 的相互 作用以 及各亚 基接触 部位的 排布。 例如, 成 人血红 蛋白是 

由两条 c- 链 和两条 p 链 (共 四个 亚基) 组成的 c 2 p 2 四聚 体。 每个 亚基是 由一条 肽链 和一个 
血红素 组成。 a 亚基由 141 个 氨基铰 构成; P 亚基含 146 个氨 基^。 两 种亚基 的氨基 骏顺序 

虽有 不同, 但折 叠形式 相仿, 都有 75% a 螺 
旋 结构, 全部肽 链折叠 成八个 肽段, 一 般分别 
用 A: 八 个字母 表示。 各 段之间 有长短 

不一的 非嫘旋 部分。 四个 具有三 级结构 的亚基 
又 聚合成 对称的 球形血 红蛋白 分子。 又 如烟草 
花 叶病毒 的外壳 蛋白由 2, ::00 个 相同的 亚基聚 

合 而成。 

必须 指出, 各种蛋 白质的 亚基^ 以 cc、p、 
Y、 h 等命名 。不 同蛋白 质其亚 基的结 构 不同, 
因 之必须 注明蛋 白质的 名称。 其 次必须 注意, 
亚基是 肽链, 但 肽链不 一定是 亚基。 如 胰岛素 
分 子中的 A 链与 B 链经二 硫键相 联成^ 岛素分 
子, 则不 是四级 结构, 其 A 链、 B 链也 不是亚 




; ^结沟 



图 l-ii 



蛋白质 的一、 二、 三、 四 级结构 示意图 



今 将蛋白 质分子 的一、 二、 三、 四 级结构 示意图 i-ii. 



五、 蛋 白质分 子中的 次级键 



天然蛋 白质之 所以会 卷曲、 折叠 及聚合 起来, 因素 很多, 它 涉及肽 链中氨 基酸残 基侧链 

的 大小, 亲水 性或疏 水性, 以及 氢镍、 盐键、 疏 水键等 次级键 (图 1-12) 的形成 和肽^ 中二 
疏键 与脯氨 酸的特 殊作用 等等, 这些因 素的综 合作用 构成维 持蛋白 质结构 的力。 次级 键为非 



共 价键, 键能 虽小, 但数量 很多, 足以 使二、 . 
象。 

(一) 氢键 

氢 键是蛋 白质分 子中最 常见的 副键。 它可 

存在于 两条肽 链之间 (如 (3- 片层等 ), 或一条 
肽链 的两圈 oc 螺旋 之间。 氢键属 弱键, 键能只 
及共 价键的 1/20, 较易 断裂。 但由于 蛋白质 
分子 中氢键 的数量 甚多, 故成为 维持蛋 白质空 
间结构 (特别 是二级 结构) 的主要 副键。 浓尿 
素或 胍溶液 可破坏 氢键, 故可破 坏蛋白 质的空 
间 结构。 

(二) 盐键 

许多氨 基酸的 侧链能 电离成 为负离 子或正 
离子。 如谷 氨酸和 门冬氨 酸侧链 带有一 COOH 
基, 电 离后带 负电; 而精 氨酸、 赖 氨酸和 组氨酸 等的侧 链电 离后带 正电。 正负 离子之 间能形 
成 盐键。 蛋白质 分子中 的盐镍 绝大多 数分布 在分子 表面, 由于盐 键亲水 性强, 所以许 多蛋白 
质易溶 于水, 并具 有两性 电离的 性质。 

(三) ^水键 

疏水键 又称非 极性. 镜, 是由 氨基酸 残基侧 链上的 非极性 基团相 互吸引 而成。 如丙 氨酸侧 
链的一 CH 3 、 苯丙氨 酸上的 苯环、 色氨 酸的吲 哚环, 以及支 链氨基 酸的分 支侧链 都属非 极性基 
团。 这些 非极性 基团都 有疏水 性能, 在蛋 白质分 子中它 们趋^ 于 分子内 部而脱 离分子 表面的 
水 溶液。 因此, 它们 在分子 内紧密 相邻, 彼此 吸引, 形成疏 水键- 目前 认为疏 水键在 维持蛋 
白质三 级结构 的稳定 性上起 着重要 作用。 

^上述 三种副 键外, 许多蛋 白质中 还有二 硫键, 由于 它的牢 固住, 对空间 结构的 维系也 
很 重要。 脯氨酸 是一个 特殊氨 基酸, 它没有 氨基, 只有亚 氨基, 后 者在肽 链中, 妨碍 螺旋的 
形成。 因此, 它所在 部位的 肽链就 会转弯 而改变 方面, 这 就是肽 链转折 之处往 往有膪 氨酸存 
在的 原因。 

笫四节 蛋白质 的结抅 与功能 

蛋白质 是生命 的物质 基础, 机体 内各种 蛋白质 都具有 不同的 生物学 功能。 这些多 种多样 
的 功能又 与蛋白 质的特 异结构 相关。 实验 表明, 改变 蛋白质 的一、 二、 三、 四级 结构, 均可 
显著 影响蛋 白质的 生物学 功能。 今以胰 岛素和 血红蛋 白为例 说明。 

, • 一、 胰岛素 (图 1-3) ' 

胰岛素 是胰岛 P 细飽 分泌的 一种蛋 白质类 激素, 其 一级结 构巳如 前述. 不同动 物胰岛 素中的 氨基酸 
组 成有所 不同. 如人 和猪. 兔 的胰岛 素只差 B 3 。 一个 氨基酸 残基; 牛、 羊、 狗与 人的姨 岛素差 A,. A,、 A„ 
三个 氨基酸 残基, 但 S 鼠和 人的胰 岛素有 18 个 氨基酸 不同. 比较各 种动^ 胰岛素 的一级 结构, 发现有 2 个 
氨基酸 残基是 基本不 变的. 因而认 为这些 氨基駿 残基可 能是保 挎胰岛 素活力 所必需 • 

— 22 — 



三、 四级结 构保持 稳定, 以维 持蛋白 质的构 




m 1-12 几种稳 定蛋白 质空间 结构^ 次级键 



逼过切 除胰岛 素分子 中某些 肽段, 也 可了解 腠岛素 的结构 与功能 关系, 例如, 用胰 蛋白酶 水解胰 岛素, 

去掉 B 链 C 端的 8 肽, 剩余的 43 肽只 有原来 胰岛素 活力的 1%, 若将 二硫键 还原, 使胰岛 素人、 B 两链分 
开. 则其 生物活 性完全 丧失。 可见 B 链 C 端 ,肽的 某些氨 基酸残 基以及 二硫键 是胰岛 素表现 活力所 必需. 

研究 胰岛素 分子中 的功能 基团与 其活力 ^ 系表 明, B„ 位精氨 酸的胍 基被结 合后, 活力 只留下 19 &左右 • 
而 精氨酸 被其他 碱性氨 基酸取 代后, 则仍 有一定 活力. 由此 看来, 8„的 碱性侧 链对胰 岛素的 生物学 功能; 是 
很重 要的. 

利用 X 射线衍 射法观 察胰岛 素晶体 结构, 发 现整个 胰岛素 分子中 的氨基 酸残基 明显集 中为三 个区: ©分 
子 内核全 部由疏 水残基 组成, 包括 分子中 的大部 分支链 氨基酸 残基和 A s 、 A u 、 A 2 。、 B, ,四个 半胱 氨酸残 
基. ②有 B 12 缬、 B 16 酪、 B, 4 苯丙、 B, s 苯丙 及其附 近的一 些疏水 基团共 同构成 胰岛素 分子表 面的疏 水区, 这可 
能 是胰岛 素与其 靶细胞 膜上受 体专一 结合的 部位。 胰岛素 分子非 极性表 面与靶 细胞膜 上受体 之间的 强烈的 
疏水 引力是 胰岛素 发挥生 物活力 的重要 因素. ③ 主要由 A 链头尾 部氨基 酸残基 (A, 甘、 A s 谷一 NH 2 、 A, ,异、 
A,, 门一NH》 组成的 分子表 面的极 性区, 可 能是信 息传递 的活性 部位; 由 B s 组, B ,丝、 。组. B u 谷所组 
成的极 性区, 可能与 胰岛素 的免疫 学性质 有关。 

我国科 学工作 者对胰 岛素的 分子结 构进行 了大量 研究。 1965 年首先 用化学 方法合 成了具 有全部 生物活 

性的结 晶牛胰 岛素, 开辟 了人工 合成蛋 白质的 途径。 为了 揭示蛋 白质空 间结构 与功能 关系, 对髙分 辨率. 髙 
精 度的蛋 白质三 维结构 研究显 得十分 重要。 迄 今世界 上已有 400 多个 蛋白质 的晶体 结构被 测定, 但分 辨率优 
于 1.5 人 的不足 5 个。 近十 年中科 院生物 物理研 究所梁 栋材研 究员等 对胰岛 素结构 分析的 分辨率 已达到 1.2 
人, 为国 际最好 水平; 并直接 观察到 80% 氢原子 的电子 密度。 这 在国际 上已发 表的几 百个蛋 白质结 构中, 胰 
岛素 是至今 唯一用 X- 射 线衍射 方法获 得氢原 子结构 信息的 蛋白质 分子: 他们除 准确确 定了组 成胰岛 素分子 
的 全部原 子的座 标外, 确定了 184 个水 分子的 位置, 为 研究蛋 白质与 溶剂的 相互作 用提供 了结构 基础。 正是由 
于 1.2 人 高分辨 率胰岛 素结构 研究, 使我 们对胰 岛素的 单体结 构特征 和运动 特征, 特别 是对胰 岛素分 子与受 
体分 子的结 合和作 用机制 提出 了新的 认识和 看法, 邹承 鲁研究 员等开 展了" 胰岛素 A、 B 链在 溶液中 的相互 
作用研 究", 发现在 溶液中 胰岛素 A、 B 链 可按一 定方式 相互作 用正确 配对, 从 而导致 重组胰 岛素的 产率较 
高. 上述 研究表 明了连 接二琉 键的结 构信息 存在于 胰岛素 A、 B 链中. 这对 研究蛋 白质相 互作用 机理, 提 
高人 工合成 胰岛素 的产率 # 较 大理论 价值. 

'二、 血 红蛋白 

血红 蛋白是 红细胞 的主要 成分, 它 是红细 胞运输 0, 和部分 CO, 的 载体, 由四个 亚基组 成的四 聚体. 它依 

靠肽链 内和肽 链间的 氢键、 疏水 键和盐 键等保 持分子 构象的 稳定。 血红 蛋白四 个亚基 中的血 红素, 均 处于折 
叠肽 链的包 围中, 这些 肽段 主要由 含疏水 侧链的 氨基酸 组成, 后者和 血红素 卟啉环 上的疏 水基团 形成疏 水键, 

使血红 素中的 Fe s+ 处于疏 水环境 中以免 氧化。 血 红素的 Fe 2+ 可形成 六个键 (络 合价是 6), 其中 与卟啉 环内两 
个 N 原子以 共价键 结合, 与 另两个 N 原子 以配价 键结合 (图 1-13). 剩下 二价, 一 个键和 a 链的 87 位或 P 链 
的 9 2 位组 氨駿残 基中的 咪唑基 配位, 余下的 一个键 和氧进 行可逆 的结合 和解离 (图 1-14)。 未与 0, 结 合的血 
红 蛋白称 脱氧血 红蛋白 (Hb), 或还 原血红 蛋白; 与 2 结合 的血红 蛋白称 氧合血 红蛋白 (Hb0 2 ). 
红细 胞存在 较多的 2, 3- 二磷酸 甘油酸 (2, 3-DPG), 它 是糖代 谢中间 产物, 其化 学结构 如下, 







O 






—0 — 


II 

P- 


-0_ 





H 







II 






/ 


-0— P-0 


— C- 


•C- 


-C 


— 


H 


H 


\ 



红细胞 *2,3-DPG 能 与脱氧 血红 蛋白 (a,P,) 分子以 1:1 相 结合. 但与 氧合血 红蛋白 亲和力 很弱. 这样有 



利于组 织从氧 合血红 蛋白得 到充分 的氧。 研究 表明, 在脱 氧血红 蛋白分 子中, 两条 P 链亚基 之间有 一空^ 芷 

好容纳 2,3-DPG 分子 (图 1-15). 空隙周 围有许 多带正 电荷的 基团, 其 中包括 基 的末端 氨基, P- 亚基 82 
位的赖 氨酸残 基上的 e-NHt 以及 143 位组 氨酸残 基的咪 唑基, 这些基 团上的 正电荷 正好与 2, 3-DPG 分子中 
的礤駿 根及羧 基上的 负电荷 吸引形 成盐键 (图 1-16), 从而加 强了脱 氧血红 蛋白构 象的稳 定性, 降低 脱氧血 
红 蛋白与 氧的亲 和力, 增 加在组 织中释 放氧的 能力。 . 

当血 红蛋白 与氧结 合后, 两条 P 链靠 近, 空隙 变小。 因此, 不利于 2,3-DPG 与血红 蛋白的 结合。 实验 
报道, 气血 注射液 (每 毫升 含入参 提取物 0.1 g, 黄芪 提取物 0.5 g, 当归 提取物 0.3 g〉 具有增 加健康 人离体 
红 细胞中 2,3-DPG 含量, 从而 促进氧 合血红 蛋白在 组织中 解离, 可能 有助于 组织获 得较多 的氧, 增加 机体 
抗病 能力. 

K 3 C — 1— CH— C H ; 

I 



HC- 



N 



H( 





/LcH 


\ 
NH 

/ 


HN^n 


一. 「 N 、 


^.— CH 








H 3 C 



KC —— 



CH, —— 



\ 



XH 



N 



]\r NH 



HN 



— CH, 



— CH=CH, 



H 2 C 

I HC 
H 2 C 

COOH 



/ 



N' 



I 



CH 
CH, 

CH 2 — CH a — COOH 
原卟啉 K 



•CH=CH 5 
CH 



H,c — 

Iv 

H,C 



、 N Z 



-CH, 



户 \ 



-n n I 

^='— CH= 
CH 



:HC, 



-CH, 



sooc 




COOH CH 2 — CH 2 — COOK 
血红素 (亚 铁血 红素) 
图 1-13 卟吩、 原卟啉 IX 和 血红素 的结构 

攀禽 



^ 图卜 U 血红 I^p 中 ^ 位组^ 酸 和血红 素结合 图 l-i 5 DPG 在説氧 血红蛋 白的中 央空^ 中 




— 24 — 




图 1-16 血 红蛋白 (Hb) 与 2, 3-DPG 的结合 



人类 红细胞 内含多 种血红 蛋白。 上述由 a 2 P 2 组成 的血 红蛋白 (HbA) 占正常 人血红 蛋白的 95 % 以上 • 
镰 刀状红 细胞贫 血患者 的红细 胞内含 异常血 红蛋白 HbS, 后 者两条 P 链 N 【末 端的第 6 位谷氨 酸被疏 水性的 
缬氨酸 取代, 与 HbA 仅相 差一个 P s 残基: 

N 末端 缬 -组- 亮-苏 -脯- 谷-谷 (HbA) 

N 末端 缬- 组-亮 -苏- 脯- 缀-谷 (HbS) 
结果导 致红细 胞呈镍 刀形, 极易被 脾脏清 「余 而出现 溶血性 贫血, 镰刀状 红细胞 贫血是 一种分 子病, 它因遗 
传 基因的 突变导 致血红 蛋白分 子一级 结构的 突变, 这种异 常的血 红蛋白 分子又 造成机 体功能 不全, 出现病 
理 现象。 

目 前已发 现异常 Hb 450 种 以上。 我国也 先后发 现十多 种异常 Hb 新 品种, 为国 际异常 Hb 研究作 出了贡 

• 第五节 蛋白 质的理 化性质 

一、 蛋白 质的分 子大小 和形状 - 

蛋 白质分 子有的 细长如 纤维, 有的 密实如 球状, 形状很 不相同 e 蛋 白质的 分子量 一般从 
10,000 左右 开始, 大的 可达几 千万。 利用这 种性质 上的差 异可分 离各种 蛋白、 质。 近 十多年 
来, 人们 利用一 些多孔 的细珠 一分子 筛来分 离各种 蛋白质 (1-17)。 分子 筛具有 各种大 小半径 
的 小孔, 可以 允许一 定大小 的分子 进入。 若 蛋白分 子大于 小孔, 则完 全不能 进入, 而 只能通 
过 细珠间 的空隙 流出。 因之, 将这些 多孔的 分子筛 装入层 析柱, 从顶 上加入 蛋白质 》 然后, 
用 缓冲液 洗脱, 则分子 量大的 先洗脱 出来, 其 次的后 出来, 最小 的最后 出来, 达 到分离 目的。 
常用的 分子筛 有交联 葡聚糖 凝胶如 Sephadex; 交联 聚丙烯 酰胺及 琼脂糖 凝胶。 从几千 分子量 
到几十 万分子 量的蛋 白质都 能找到 满意的 凝胶分 子筛, 由于 这类方 法所用 的分子 筛都是 凝胶。 
因此, 又称 凝胶过 滤法。 

必须 指出, 分子形 状也影 响蛋白 质透入 小孔。 细 长 的 分子, 不 易进 孔, 球形的 容易进 孔《 

二、 蛋 白质是 高分子 化合物 

由于蛋 白质分 子^^ 火, 分 子直径 在!〜 lOOnm 之间, 与胶 体相似 * 因之, 蛋白 质溶液 



— 25 — 



, 大 » 子 不能^ 入孔^ 




分子筛 小» 子^ 入孔内 



图 1-17 利 用分子 筛分离 蛋白质 

具有 高分子 化合物 溶液的 性质。 如蛋白 质不易 透过半 透膜。 实验 室常选 用孔径 不同的 各种半 
透膜 (透 析袋) 来分离 提纯蛋 白质, 这种方 法称为 透析。 具体操 作时, 在膜上 可增加 压力, 以 
提 高通透 速度, 这种 加压透 析的方 法称超 过滤。 

人 体的细 胞膜、 线 粒体膜 和微血 管壁等 也都是 具有半 透膜性 质的生 物膜, 有助于 各种蛋 
白 质有规 律地分 布在膜 内外, 对 维持细 胞内外 的水、 电 解质平 衡有重 要生理 意义。 

蛋白 质分散 于水, 可构成 稳定的 高分子 溶液, 这是由 于蛋白 质分子 表面有 许多亲 水性的 

极性 基团。 如一 NH 2 、一 COOH 、一 OH、〉C = 和〉 NH 等, 在水 溶液中 能发生 水合作 用而形 

成水 化膜, 防止分 子彼此 聚集。 另一 方面, 由 于蛋白 质分子 在一定 pH 值溶液 中带有 同种电 
荷 而互相 排斥。 因之, 水化膜 和同种 电荷是 维持蛋 白质高 分子溶 液稳定 的重要 因素。 

若破 坏这些 因素可 促使蛋 白质颗 粒相互 聚集而 沉淀。 这就是 蛋白质 盐析, 等电点 沉淀和 
有机溶 剂分离 沉淀法 的基本 原理。 

三、 蛋白 质分子 的扩散 与沉降 

溶质 分子可 自由地 在溶剂 中向各 个方向 运动, 最 后达到 均匀地 分散, 这种 现象称 为分子 

|r 散。 扩散速 度取决 于溶质 颗粒的 大小和 形状。 由 于蛋白 质为高 分子化 合物, 其扩散 速度较 
一' 般 晶体溶 质慢。 分 子量越 大的蛋 白质, 其扩 散速度 越谩, 蛋 白质分 子的不 对称性 越大, 其 
扩散 速度也 越慢。 促使分 子扩散 的力来 自溶剂 分子的 不断冲 击溶质 分子, 即布朗 运动。 溶液 
中溶质 颗粒^ 可 受重力 作用的 影响而 沉降, 但布朗 运动的 能量远 比受重 力而肉 ,下 沉降 的能量 
^大。 因之, 一 般重力 还不致 于引起 溶液中 蛋白质 颗粒的 分布不 均匀。 若将 白溶液 置于强 
大离 心力下 (高 速或超 速离心 ), 经一 段时间 离心, 蛋白质 颗粒就 会沉降 ,其沉 降速度 与分子 
量及 分子形 状密切 相关。 因之, 利用 超速离 心法可 分离提 纯蛋白 质或测 定其分 子量。 

通常 可用沉 降系数 (s) 来描述 分子在 离心力 场中的 行为: 

S= ~ X 10 13 (Svedberg) 



— 2« — 



式中 v 为沉降 速率 (dx/dt), 即在 离心力 场中, 蛋 白质分 子在单 位时间 (毎沙 ) 内下沉 
的距离 (cra/s); x 为蛋 白质界 面中点 与旋转 中心间 的距离 (cm); © 为离 心机 转子每 秒钟的 
角速度 (Rad/s), 乘以 10 13 即沉 降系数 S, 可用 Svedberg (S) 单位 表示。 

由 于分子 在离心 力场中 的沉降 速率与 分子量 有关。 因之, 蛋 白质的 分子量 也可用 S 间接表 
示 (表 1-7)。 

蛋 白质的 分子量 (M) 与沉 降系数 (S) 的关系 如下: 

Ar SRT 

式中 R 为气体 常数, T 为绝对 温度, p 为溶剂 密度, V 为蛋 白质分 子的微 分比容 (即 每克 
蛋 白质的 体积, 以立 方厘米 表示, 绝大 多数蛋 白质溶 于水的 微分比 容约为 0.74cm 3 / 克, D 为 
扩散 系数, 即 浓度梯 度等于 1 时, 溶质每 秒冲扩 散璲过 1.0 ;m '' 的良 面积的 数量: D 随着分 
子的大 小和形 状以及 溶剂粘 度带来 的摩擦 阻力而 变化, 在球形 大分子 » 兄 下, 其扩 散系数 D 
与分 子量的 立方根 成反比 5 

表 1-7 某些 蛋白质 的分子 量和沉 降系数 (S) 



蛋白质 


分子量 


沉 降系数 (s) 


胰岛素 (二 聚体) 


11,466 


1.95 


牛血清 白蛋白 


68,750 


4.41 


乳酸 脱氢酶 


136,300 


7.18 


醛縮酶 


156,500 


7.80 


IgG 


150,000 




IgM 


900,000 


19 



由表 1-8 可见, 分 子量与 S 并非成 正比, 这是 由于各 种蛋白 质的形 状不同 所致。 蛋白质 
的分子 量可用 道尔顿 (dalton) 表示, daltoii 是^ 子质量 单位, 即 H 原子 的质量 (等于 1. 0000)。 
分 子量为 20,000 的蛋白 质也可 说该蛋 白质的 质量为 20,000 dalton 



四、 蛋白质 的两性 电离和 等电点 

在蛋 白质分 子中, 虽然氨 基酸的 a- 氨基和 ct- 羧基绝 大多数 均以肽 键的形 式相互 结合, 但 
在 肽链末 端仍有 a- 氨基和 羧基, 同时 蛋白质 分子的 R 基上 还含有 不同数 量的一 COOH、 
一 NH 2 、咪唑 基和胍 基等。 因此, 蛋白质 也具有 两性电 离和等 电点的 性质。 

XOOH 



\nh, 



P 



/COO" H + /COO" K + /COOH 

P< « P< «P< 

X NH 2 OH" \NH$ OH- X NHJ 

带 负电荷 等 电状态 带 正电荷 

(pH> P I) ( P I = pH) (pH< P I) 

在 酸性溶 液中, 〔H+〕 较大, 可 抑制蛋 白质分 子中一 COOH 的 电离, 同 时又使 更多的 

一 NH 2 接受 H+ 形成一 NH 3 +, 所 以蛋白 质带较 多的正 电荷- 反之, 在 碱性溶 液中, 则 有利于 

一 COOH 的 电离, 并 抑制一 NH Z 接受 H+, 所 以蛋白 质带较 多的负 电荷。 当蛋 白质溶 液在某 



pH 值时, 所 带的正 负电荷 相等, 则呈电 中性, 该 pH 值即为 蛋白质 的等电 点。 在等电 点时, 
蛋白质 溶解度 最小。 不 同种类 的蛋白 质具有 不同的 等电点 fil (表 1-6), 



表 1-8 


某些蛋 白质的 等电点 




蛋 白 m 


a, 


Pi 


细胞 &素 c 


10.6 


核^ 核酸踌 


7.8 


生长^ 尜 (人) 


6.9 


胄 蛋白酶 


<1.0 


人血清 AS 白 


4.8 


血纤维 蛋白原 


5.5 


m m 


5. 1 

1 


甲状^ 球蛋白 


4.6 



含碱 性氨基 酸残基 较多的 蛋白质 , 其 等电点 PH 值大于 7.0, 含酸 性氨基 酸残基 较多的 
蛋 白质, 其 等电点 pH 位小于 7.0, 多数蛋 白质的 等电点 pH 位接近 5 e 

在电 场中, 若蛋白 质分子 带正电 多于带 负电, 净电荷 为正, 则 向负极 泳动。 反之净 电荷 
为负, 则向 正极泳 动。 这种 泳动现 象称蛋 白电泳 e 蛋白 质净电 荷的 正负随 pH 变化 而改变 。 
在等电 点时, 蛋 白质正 负屯荷 抵消, 在电 场中不 泳动。 不同带 电 性质和 分子大 小的蛋 白质在 
电场中 泳动速 度不同 e 因此, 可 利用电 泳法来 分离、 纯化、 鉴定和 制备蛋 白质。 目前 电泳的 
实 验方法 很多, 以 支持物 来分, 有纸 电泳、 薄膜 电泳、 板 电泳及 凝胶电 泳等。 从电泳 种类分 
有普 通电泳 、 圆盘 电泳、 等电 聚焦' 电 泳和等 速电泳 等等。 利用带 电性质 不同来 分离蛋 白质的 
另一 种常用 方法是 离子交 换法。 分离蛋 白质常 用的离 子交换 树脂是 人工合 成的纤 维素衍 生物。 
如 二乙基 氨乙基 纤维素 (DEAE- 纤 维素) 在 pH 7.0 时含 有带正 电荷的 基团。 所以 它是一 
种阴 离子交 换剂; 羧甲基 纤维素 (CM 纤 维素) 则带 负电, 故属 一种阳 离子交 换剂。 

. , + /CH 2 CH, 

纤维素 粒子一 — CH,— CH,—NH〈 

二乙 基氨乙 基纤维 素粒子 (阴 离子交 换剂) 

1 yO 

纤维素 粒子一 — C H 2 — C < 
1 \。_ 

羧甲 基纤维 素粒子 (阳 离子交 换剂) 

五、 蛋白质 的沉淀 

若用物 理或化 学方法 破坏蛋 白质高 分子溶 液的两 个稳定 因素, 即可 将蛋白 质颗粒 凝聚而 
沉淀。 例如, 将 蛋白质 溶液的 pH 值 调到等 电点, 再加入 脱水剂 除去蛋 白质水 化膜, 即可使 
蛋白质 沉淀。 

(-) 盐析 

高 浓度中 性盐可 以沉淀 水溶液 中的蛋 白质, 称为 盐析。 常用 盐类为 (NH0^O 4 、Na 2 SO" 
NaCl 和 MgS0 4 等。 盐析是 由于加 入大量 中性盐 破坏蛋 白质分 子的水 化^, 中和其 所带的 
电荷, 从 而引起 蛋白质 沉淀。 各种蛋 白质的 ^水 性及所 带电荷 不同, 因之, 沉淀蛋 白质所 
需 中性盐 浓度也 不同, 人 们常利 用这一 特性, 逐 步增加 中性盐 浓度以 分离蛋 白质。 如血清 
球蛋 白多在 半饱和 (NH^SOi 溶液中 析出, 而清 蛋白则 在饱和 (NH^SO, 溶浪中 析出。 在 



低 S 下, 短 时间内 应用分 段盐析 法所沉 淀的蛋 白质, 仍保持 其原有 的生物 活性。 

(二) 有机溶 剂沉淀 

乙醇和 丙酮等 有机溶 剂也能 破坏蛋 白质颗 粒的水 化膜使 蛋白质 沉淀。 在等 电点时 加入这 
类 溶剂则 更易促 使蛋白 质沉淀 3 

(三) 重 金厲盐 类沉淀 

蛋白质 在碱性 溶液中 (pH〉 P I) 带负 电荷, 能 与带正 电荷的 重金属 离子如 Cu 2+ 、Hg 2+ 、 
Pb 2+ 或 A S + 等 结合, 生成 沉淀。 E 金 厲盐类 沉淀蛋 白质, 能引起 蛋白质 变性。 

p \coo- > ? \coo-(El^?)"* p 、coo-i、" i 

蛋白质 蛋 白质阴 离子 

(四) 生物减 沉淀试 剂和某 些皲类 

蛋白质 在酸性 溶液中 (pH<pI) 带正 电荷, 能与生 物碱沉 淀试剂 (如 钨酸、 苦味酸 、和鞣 
酸等) 以及 某些酸 (如 三氯 醋酸、 磺柳酸 和过氯 酸等) 作用 而析出 沉淀。 

P 、COO- — >P 、CO〇H (生物 碱沉淀 试剂) — P \C00H I 

. 蛋白质 , 蛋白质 阳离子 

六、 蛋白质 的变性 

天然 蛋白质 的构象 与其生 物学功 能密切 相关。 某些理 化因素 可以破 坏蛋白 质分子 中的' 次 
级键, 从 而破坏 蛋白质 的螺旋 或折叠 状态, 使其构 象发生 变化, 引 起蛋白 质的理 化性质 (如 
溶解 度等) 和 生物学 功能的 改变, 这种 现象称 蛋白质 变性。 变性 蛋白质 与天然 蛋白质 最明显 
的区别 是生物 学活性 丧失。 此外, 变 性蛋白 还具有 溶解度 降低, 分子不 对称性 及粘度 增加, 
容易为 蛋白酶 水解等 特性。 促 使蛋白 质变性 的物理 因素有 加热、 高压、 紫 外线、 X 线 和超声 
波等; 化学 因素有 强酸、 强碱、 胍和尿 素等。 但 变性蛋 白质的 一级结 抅未遭 破坏。 因之, 若 
引起变 性的因 素比较 温和, 蛋白 质构象 的变化 较小, 则 一旦去 除变性 因素, 仍 能使其 钩象恢 
复 到原来 状态, 从 而恢复 其原有 的生物 活性, 这种现 象称蛋 白质的 可逆性 变性。 例如, 核糖 
核酸酶 (图 1-4) 用 尿素及 P- 巯基 乙醇处 理后, 二 硫键被 还原, 氢键 断裂, 肽 链随之 解开, 
从 而失去 了催化 功能, 成 为变性 蛋白, 但经透 析去除 尿素与 P- 巯基乙 醇后, 一 SH 基又 重新被 
氧化, 氢 键又逐 渐自动 形成, 肽链恢 复 到原来 的折叠 伏态, 酶活 性也随 之恢复 (图 1-18), 
核糖核 鲛酶的 可逆变 性是一 级结构 决定空 间构象 的有力 证据。 




图 1-18 核 糖核駭 酶的可 逆变性 



但是 较强烈 的处理 (强 酸、 强碱、 加热、 紫外 线等) 往往使 蛋白质 的变性 成为不 可逆。 
有人认 为变性 都是可 逆的, 有 些变性 蛋白之 所以不 可逆, 主 要因所 需条件 复杂, 目 前尚未 
能 掌握。 由于变 性蛋白 易受蛋 白酶水 解为氨 基酸, 故食物 蛋白经 加热变 性后易 被机体 消化吸 
收。 变性 蛋白分 子互相 凝聚为 固体的 现象称 凝固。 生鸡蛋 变为固 体的过 程包括 蛋白质 的变性 
与凝 固两个 过程。 

蛋 白质的 变性在 实际应 用上具 有重要 意义。 如临 床工作 中经常 用 乙醇、 加热、 紫 外线照 
射等 物理或 化学方 法进行 消毒, 使细 菌休或 病毒的 蛋白质 变性而 失去其 致病性 及繁殖 能力。 

又如某 些生物 制剂、 酶蛋 白应在 低温下 保存, 也是为 了防止 温度过 高引起 蛋白质 变性。 中草 
药有效 成份的 提取或 其注射 液的制 备也常 用变性 的方法 (加 热、 浓酒 精等) 去除杂 蛋白。 

七、 蛋 白质的 免疫性 

凡能 刺激机 体免疫 系统产 生专一 性免疫 反应的 物质^ 为 抗原。 如马 血清、 细菌及 其毒素 
等外 源性蛋 白质。 在抗原 刺激下 机体所 产生的 具有免 疫特性 的蛋白 质称为 抗体。 后者 是一类 
球 蛋白, 故又 称免疫 球蛋白 (Ig)。 

免 疫球蛋 白可分 五大类 IgG、 IgA,IgM, 
IgD、 和 IgE。 从分 子结构 来看, 不论 那一类 
Ig 都 具有共 同的基 本结构 一 四 链单位 (图 
1-19)。 IgG、 IgD 和 IgE 由一 个四链 单位组 
成, IgA 和 IgM 则由 2 - 4 个四 链单位 组成。 

由图 1-19 可见, Ig 四链 单位由 4 条 多肽链 
借二硫 键相连 而成。 其 中两条 各由约 450 个氨 
基酸 组成, 因分子 量 较大故 称重链 (H 链); 
另两 条各由 210〜230 个 氨基酸 组成, 因 分子量 
较小, 又 称轻链 (L 链)。 不论 重链或 轻链其 
N 端的约 110 个氨 基酸顺 序变动 较大, 这些区 
域 称变区 (V 区); 其余部 分的氨 基酸顺 序变动 
不大, 称恒区 (C 区)。 轻链有 《 和 A 两型, 但两 
者不 能在同 




coo- coo- 

图 1-19 IgG 四 链单位 示意图 



lg 分子中 存在; 重 链可分 Y、 a、 ^ ?) 和 e 五型。 每类 lg 都 有各自 独特的 重链, 
表 1 - 9 人免疫 球蛋白 的分类 





IgG 


IgA 


IgM* 


IgD 


IgE 


重链 部分: 












类 型 


V 






3 




分子量 


53,000 


64,000 


70,000 


58,000 


75,000 


轻 链部分 












类 型 


k 或 A 


K 或 A 


K 或几 


或 A 


k 或 A 


分子量 


22,500 


22,500 


22,500 


22,500 - 


22,500 


分子式 


或义 2 ','2 


[> 2 a 2 ], =2, 4 或 




<5 2 或义 2 5 2 


2 或 A2" 






II 


II 






分子量 


150,000 


360,000—720,000 


950,000 


160,000 


190,000 



* IgM 可 以为五 聚体. 
30 ― 



獰此! ^可分 成五类 闳型, 即五类 I 《型 和五类 X 型 (见表 1-9) 

免疫 S!I 白分 子中, 还含 有糖类 (主要 在重链 ), 故 Ig 属糖蛋 白类。 
为了 匸宂 Ig 的生物 活性与 结构的 关系, 常将 Ig 用 酶降解 为几个 片段。 如 用木瓜 蛋白酶 
水解 IgG, 可得到 三个片 段 3 最大的 ^可结 晶片段 (Fc), 另两 个完全 相同, 称 抗原结 合片段 
(Fab) Fab 由 一条完 整的轻 链及部 分重链 组成。 其抗 原结合 点位于 变区。 由 于该区 氨基^ 
顺 序千变 万化- 故能构 成各种 不同的 抗原结 合点, 以识 别不同 的抗原 5 这是抗 体种类 繁多的 
饬质 基础 s Fc 无抗 原结合 活性, 但有 补体结 合点, 能激 活补体 (存在 于血浆 中的一 类蛋白 
酶), 促进细 ^等 颗粒抗 原被吞 噬细胞 吞噬, 并具有 使母体 IgG 通过胎 盘传到 胎儿循 环等作 
用, 

电 镜观察 表明, IgG 汆与 抗原结 
合时呈 "T" 形, 而与抗 原结合 后则呈 

形, 构象的 改变^ igc 掩盖 的补体 
结合 点暴露 出来, 从而 与补体 结合 (图 
1-20), 激活的 补体经 一定程 序能将 
细菌 杀死- 

各 类球蛋 白 的 分布 与功能 不同。 
I&G 在成 人血清 及体, 液 中含量 最高。 
占血清 抗体的 so%, 对各种 细菌、 病 

毐 等都有 活性, 在抗感 染中起 重要作 

用 JgG 也是 能透 过胎盘 的唯一 抗体。 
但 也有其 有害的 一面。 如有些 引起自 
身' 免疫性 疾病的 抗体为 IgG IgA 约 
占血清 抗体的 1 5 咏。. 血液 IgA 主要来 
自 消化道 所厲^ 巴系纭 3 IgA 也存 在于外 分泌液 s 如鼻 粘液、 唾液、 眼泪、 气管 和肠胃 粘膜分 
泌 液中, 有局 部防御 作用。 

IgM 有溶菌 和中和 病毒的 作用。 

IgE 在血 清中含 S 最少, 平均为 0.3mg/dl, 与 引起过 敏反应 有关。 

IgD 不 稳定, 成人血 清中浓 度小于 9mg/dl, 可 能与某 些过敏 性疾病 有关。 

研究 表明, 党参、 白术、 茯苓 煎剂能 使血清 IgG 含量 升高, 从而 提高机 体免疫 功能, 

八、 蛋白 质的显 色反应 

蛋白质 分子中 的肽^ 以及 R 基上的 一些特 / 朱基 团都可 以与某 些试剂 作用产 生颜色 反应。 
如在 碱性溶 液中, 含两个 肽键以 上的化 合物都 能与硫 酸铜反 应生成 紫色, 称双缩 脲反^ 。含有 
酚基的 醆残基 能与米 论试剂 反应^ 红色; 含吲 哚环的 色氨^ 残^ 能与 乙醛^ 和浓 H 2 SO. ; 
作用 成紫色 环等。 若 蛋白质 分子中 存在上 述基团 即可出 现相应 的显色 反应。 

* 第六节 生物 工程技 术在蛋 白质合 成方面 的应用 - 

目前, 化学法 多限于 小分子 多肽的 合成, 对大 分子蛋 白质主 要采用 生物工 tl 技术, 以生 物合成 法为主 

— 31 — 




要 途径, 下面 简耍介 绍一些 蛋^ 质生 物^ 成的重 要方法 . 



一、 基 因工程 (Genetic Engineering) 

又 称堂组 DNA 技术, 是利 用分子 生物学 原理和 技术, 用人工 方法将 所需具 有遗传 信息的 DNA 片段或 
人 工合成 基因, 经过 剪切、 组合 与载体 DNA^ 接重组 ,然后 引入宿 主细胞 大!: 复制, 高 效表达 该基因 所编码 
的蛋 白质, 目前利 用重组 DNA 技术合 成蛋白 质类药 物已有 人!^ 岛素、 生长 激絷、 干扰 素等. 

基因工 程的核 心是分 子克隆 技术。 分子 克隆技 术不同 于一般 的电泳 、 层析 等单项 技术, 它既包 括在实 
验室做 的重组 DNA 技术, 义包括 应用单 细胞生 物如大 肠杆菌 的无性 繁殖 技术. 近十 年来已 成为常 规操作 
方法, 目的是 达到分 离基因 户筛 选基因 与护增 基因。 

分 子克隆 (Molecular Cloning) 是 以研究 任何生 物体的 基因为 对象. 用一类 特异的 剪切用 DNA 内 
切 酶剪切 成不同 大小、 简单或 复杂的 基因, 经载 体带入 大肠杆 菌中, 进行 分离、 筛选、 纯化与 扩增. 常用的 
载体为 质粒。 许 多质粒 本身就 是从大 肠杆菌 中提出 来的, 它们是 大肠扦 菌中染 色体外 可复制 的环状 DNA, 可 
以出入 于大肠 杆菌。 在 体外, 可插入 一些所 需要的 基因, 插入后 S 新连 接上, 送 入大肠 杆菌. 质粒 进入菌 
体后, 又 可以恢 复单独 复制的 特性, 这样随 着大肠 杆菌的 培养, 菌体的 增多, 质 粒也随 # 增加, 插 入的基 
因当然 也随着 增多, 故 质粒实 际是个 载体. 以上 所谈的 步骤叫 剪切与 重组。 剪切与 重组技 术又称 为重组 
DNA 技术. 它 不受细 胞等生 物生长 规律等 限制, 有较大 自主操 作的可 能性. 

重组后 的质粒 将祓引 入大肠 杆菌中 ,引 入的步 骤叫做 转化。 转 化后的 细菌实 际上还 带有不 含质粒 的及含 
有未 重组质 粒的细 菌等, 因此必 须从中 筛选出 带重组 质粒的 细菌。 筛选 出来的 细菌, 经鉴定 后才可 以大量 
焙养. 扩增, 并用 于蛋白 质生物 合成. 

二、 细 胞工程 (Cell Engineering) 

细 胞是构 成生命 的基本 单位。 一 切蛋白 质都可 由不同 的细胞 合成, 因此可 以利用 细胞培 养生产 制备所 
需蛋 白质类 药物。 近年 来由于 细胞融 合技术 和杂交 技术的 ^立和 发展, 为, 生 化制药 展示了 美好的 前景. 如杂 
交 瘤细胞 不仅具 有合成 某种蛋 白质的 能力, 也 具有较 强的细 胞增殖 能力。 目前, 利用杂 交瘤细 胞培养 可生产 
制备 许多蛋 白质类 药物, 如胰 岛素、 生长 激素、 促红 细胞生 成素、 绒 ^ 膜促 性腺 激素, IL-2, 降钙素 和尿激 
酶等. 



S2 



第二章 核 酸化学 

核酸是 一类含 磷的高 分子化 合物, 它 是组成 细胞的 主要成 分之一 e 由 于它最 早是 从细胞 
核 中分离 出来, 且具有 酸性, 故称 核酸。 

在自然 界所有 生物体 都含有 核酸, 即使简 单的病 毒也是 核酸与 蛋白质 的复 合物: 所以, 
凡有 生命的 地方就 有核酸 存在。 

核酸具 有非常 重要的 生物学 意义, 不仅与 正常生 命活动 如生长 繁殖、 遗传 变异、 细胞分 
化 等密切 相关, 而且与 肿瘤的 发生、 辐射 损伤、 遗 传病、 代 谢病、 病 毒感染 等关系 密切。 因 
此 核酸研 究是现 代生物 化学、 分子 生物学 与医药 学发展 的重要 领域。 

笫一节 核酸的 概念与 重要性 

核 酸在细 胞内通 常以与 蛋白质 结合成 核蛋白 的形式 存在。 天 然的核 酸分两 大类: 含核情 

者称核 粽核酸 (RNA), 含 脱氧核 糖者称 脱氧核 糖核酸 (DNA)。 RNA 可 存在于 细胞 质和细 
胞 核中, DNA 主 要分布 在细胞 核中, 少量存 在于线 粒体。 DNA 分子 通常是 双链的 线状分 
子, 也有 呈环状 结构, 分子内 含四种 脱氧核 苷酸, 是 生物遗 传变异 的物质 基础。 RNA 是含 
四种 核糖核 苷酸的 长链比 DNA 短 得多, RNA 在细 胞中的 含量比 DNA 高 ; 

生物遗 传信息 贮存在 DNA 分 子中, 但生 物性状 并不由 DNA 直接 表现, 而是通 过各种 
蛋白质 的生物 学功能 才表现 出来。 而蛋白 质的结 构是由 DNA 决 定的, 也就是 说遗传 信息是 
由 DNA 传向蛋 白质, 这种 传递是 通过中 间信使 mRNA 来完 成的。 即 DNA 把自己 的信息 
先传给 mRNA, 再 传给蛋 白质。 所以蛋 白质的 生物合 成和生 物性状 的表现 (如 新陈 代谢、 生 

长 发育、 组织分 化等) 都 i 接与核 酸紧密 相关。 

• 核酸自 1869 年被 Miescher 发现 以来, 长 期未被 人们所 重视, 至 1944 年 Avery 等人 用实验 证明了 DNA 
是遗传 的物质 基础, 从而揭 ^了 核酸的 生物学 功能, 并在不 到十年 时间内 Watson 和 Crick 合作 提出了 
DNA 双螺旋 结构的 学说, 为阐明 核酸是 生物遗 传和变 异的物 质基础 提供了 科学的 依据, 推动 了分子 生物学 
特别是 分子遗 传学的 发展, 加 深了对 核酸结 构及其 生物学 作用的 研究。 近三十 年来, 国际上 对核酸 研究蓬 
勃地 开展, 其 深度、 广 度和速 度在生 物科学 中是罕 见的。 现 在对核 酸已有 了比较 全面的 了解。 如 DNA 和 
RNA 的 大小、 组成、 结构 (一 级和高 级结构 )、 种类、 在 细胞内 的存在 部位, DNA 的 复制、 损伤和 修复, 
RNA 的合成 (转录 ) 和后 加工, 蛋白 质的生 物合成 (翻译 ), 核酸分 子之间 和核酸 与蛋白 质之间 的相互 作用、 
基因调 控等, 从 原核生 物研究 发展到 对真核 生物的 研究。 70 年 代由于 PNA 核苷酸 序列分 析的迅 速发展 ,不但 
在 外国能 人工合 成某些 核酸, 我国于 1981 年也人 工合成 了含有 76 个核苷 酸组成 (其 中除 4 种常见 的核苷 g 外, 
还有 9 个 7 种稀有 核苷酸 ), 并 具有生 物活性 的酵母 丙氨酸 转移核 糖核酸 (tRNA)。 这是我 国继首 先人工 
合成 了胰岛 素后, 又一 人工合 成生物 大分子 的重要 成果, 使人 类认识 生命奧 秘的伟 大历程 又迈进 了一大 
步. 

近十 多年由 于分子 克隆、 纯化 和扩增 技术的 应用, 基因 工程有 了迅速 发展。 自 前巳有 不少基 因工程 S 
药产品 研究成 功并投 入临床 应用, 如人胰 岛素、 人生长 激素、 ct- 干扰素 、乙肝 疫苗. 人白细 胞介素 -2 等. 

巳经确 定为遗 传病的 人类疾 病超过 3 000 种。 过去仅 有很少 数可用 蛋白质 或酶活 性来分 析诊断 。基 因工程 
的 分子克 隆技术 出现, 帮助 我们从 各种复 杂的生 物体中 分离出 单一的 基因. 并把它 纯化, 再把 它大量 扩增, 

— 35 — 



这比 分离蛋 H 质容易 得多。 不 但对了 解遗^ 病中基 因的突 变十分 有利, 而且 出现了 一种新 的临床 诊断方 
法, 即 基因诊 断法, 应 用基因 诊断法 做产前 诊断, 不但有 利于防 止带有 遗传病 的新生 儿出生 和遗传 病的家 
族性 研究, 还可能 把遗传 病人缺 乏的基 因引进 体内, 使其体 细胞重 新具有 其所缺 陷的酶 ,进 行基因 治疗. 例 
如: 1983 年 起中国 医学科 学院等 单位, 在无 B 型超声 仪的情 况下, 从妊娠 7〜9 周的 孕妇中 取胎儿 绒毛, 直 
接提取 DNA, 用 oc 及 ^ 两种 基因 探针, 进行 cc- 地中 海贫血 的产前 诊断, 目前 在我国 a 地中 海贫 血高发 区推广 
实施, 这 对减少 和控制 a 地中海 贫血的 发生、 提高我 国人口 素质起 到积极 作用, 

DNAS 活全部 基因, 80 年代 以后由 于萤光 激发细 胞分离 技术的 应用, 可分 离出不 同的染 色体, 因此 
建立各 种染& 本 妁基因 文库条 件已趋 成熟, 目前国^上已经建^了几个染色体的基因文库。 这为核 酸及其 
在 医药、 工 农业生 产等方 面应用 的研究 创造了 良好的 条件。 

原 癌基因 (Proto-ouc) 是一 类广泛 存在于 真核细 狍基因 组内的 基因, 由 于它被 逆转录 病毒转 录后, 
可变 成有致 癌活性 的病毒 癌基因 (V-onc) 而 得名, 在 正常细 胞中有 重要的 生物学 功能. 目 前认为 化学、 
物 浬或其 它致癌 因素在 细胞内 的作用 位点, 就在 原癌基 因上, 它们 通过某 种方式 激活细 胞原癌 基因, 从 
而引起 肿瘤的 发生。 近年来 人们又 提出, 在细 胞内还 存在一 类抗癌 基因, 它们 或者能 拮抗癌 基因的 作用, 或 
者直 接抑制 细胞的 生长, 因 而有阻 止肿瘤 发生的 作用。 癌基因 和抗癌 基因, 构 成了细 胞生长 调节正 负控制 
的两个 方面, 可见核 骏在细 胞调控 和肿瘤 发生的 分子机 理研究 方面显 得何等 重要, 



核 酸的基 本组成 是单核 苷酸。 它是由 几十个 到几十 万个单 核苷酸 组成, 具 有一定 空间结 
构的 高分子 化合物 。 核酸经 逐步水 解可得 到多种 产物, 首先 得到的 是单核 苷酸, 它可 水解生 

成 核苷和 磷骏; 核苷进 一步水 解生成 戊糖和 碱基, 戊糖有 两种, 一种是 核糖, 为 RNA 的降 
解 产物; 另一 种 是脱氧 核糖, 为 DNA 的降解 产物。 碱基包 括嘌呤 碱和嘧 啶碱。 核酸 的降解 
步骤 如下: 



一、 核 糖 

, 组成 RNA 和 DNA 的戊 糖是不 同的, RNA 中^ 核糖; DNA 中含 2- 脱氧 核搪。 它们 
均为 D- 构型戊 醛糖, 在核 酸中以 呋 喃型环 式结构 存在。 



第二节 核 酸的化 学组成 




H-C-OH 



E_C— OH 




H— C 2 — H 



H— C— OH 



H— C— OH 




E— C— OH 



CE 2 OH 
D- 核糖 
雜式〉 



(柃 喃式) 



CH 2 OH 

D-2- 脱 氧核糖 P -D -2 脱' S 核! 糖 
(直^ 式) (呋喃 ' 



— 34 — 



二、 碱基 —— 嘧啶 及嘌呤 化合物 



组成核 酸的嘧 啶及嘌 呤化合 物属; f 含氮的 杂环有 机碱, 具弱 碱性, 故 常称为 碱基。 

1. 嘧啶碱 DNA 和 RNA 中常' 见的嘧 啶衍生 物有胞 嘧啶、 尿嘧 啶和胸 腺嘧啶 等三种 * 
它们都 具有氧 化的嘧 啶环, 其中 胞嘧啶 在嘧啶 环上第 四位碳 原子的 氢原子 被氨基 (一 NH S ) 
取代; 胸 腺嘧啶 在尿嘧 啶环上 第五位 碳原子 被甲基 (一 CH S ) 取代。 



H 



H — C : 



5 C— H 

II 

'C— H 



/ 
N 



NH 2 



C— H 



、 N / 



嘧啶 



,Q C— H 



H 

胞嘧啶 

(2- 酮基 -4- 氨基 嘧啶) 



氧化的 嘧啶碱 可以发 生酮一 烯醇互 变异构 
NH 2 







H— N C— H 

y C C— H 

。 y 、" 
H 

尿嘧啶 
( 2 , 4 - 二酮基 嘧啶) 

在 pH 为 7.0 时 ( 



O 

. I! 

H— N C--CH, 

,Q C— H 

H 

胸腺 嘧啶 

( 5 - 甲基尿 嘧啶) 

以 酮式占 优势。 



C 



\ 
C— H 



y c c-h 

H 

胞嘧啶 (酮式 ) 
(2- 酮基 - 4 - 氨基 嘧啶) 



C— H 

II 

C— H 



、 N / 



胞嘧啶 (烯 醇式) 

(2- 羟基 -4- 氨基 嘧啶) 



2. 嘌呤碱 RNA 和 DNA 中, 主要 嘌呤的 衍生物 为腺嘌 呤和鸟 嘌呤。 它 们都是 在嘌呤 
环 上的第 六位或 第二位 碳原子 的氢被 氨基或 氧原子 (组成 酮基) 取代而 成的。 



H 

N 1 *C 



NH 2 

人 /】 
N C 



H — C, *C 

、AA 



嘌呤 



'C— H 



H— C 



C— H 



C 



N' 



H— N 
H,N — C 



O 

II 

/ C \/ N ' 



C— H 



H 

腺嘌呤 
(6- 氨基 嘌呤) 



鸟嘌呤 
(2- 氨基 -6- 酮基 嘌呤) 



鸟嘌呤 第六位 有一个 酮基, 亦可发 生酮一 烯醇互 变异构 e . 还应 指出, 凡含酮 基的嘧 i 定碱 
或嘌 呤碱, 在 生物细 胞内, 一般是 以酮式 存在, 这 对于核 酸分子 中氢键 结构的 形成是 非常重 
要的。 

除上述 常见碱 基外, 还有 许多其 它的嘧 啶和嘌 呤的衍 生物, 因它们 在某些 核酸中 有少量 
出现, 故 称为稀 有碱基 e 如 5- 甲基胞 嘧啶、 二氢尿 嘧啶、 6- 甲基腺 嘌呤和 2- 甲基鸟 嘌呤等 



— 35 -< 



N- 6- 甲基 腺嘌呤 N-2- 甲基 鸟嘌吟 

DNA 和 RNA 的组 成可归 纳如表 2-1 所示 e 

表 2-1 核酸 的组成 . 



组 成成分 


RNA 


DNA 


m 


磷 m 




戊 糖 


核 糖 


^ 氧核糖 


主 要碱基 


@ 呤 9i 


嚓呤 (A) 
鸟 S 吟 (G) 


腺 呤 (A) 
鸟嘌呤 (G)' 


嘧啶^ 


胞嘧啶 (C) 
尿嘧啶 (U). 


胞嘧啶 (C) 
胸 腺嘧啶 (T) 

Ml— IIWI ,•• 國 



• 某些中 药含有 游离的 碱基, 如木 贼含微 量胸腺 嘧啶. 独角 莲含尿 嘧啶, 冬 虫覃草 含尿嘧 啶和腺 II 
呤, 东 前子、 茯苓、 紫云英 及菊花 都含腺 嘌呤. 广地龙 含腺嘌 呤和鸟 嘌呤, 可 能是它 平喘的 成份. 薄盖灵 
芝 含尿嘧 啶和腺 嘌呤, 并发 现它的 尿嘧啶 成分对 实验性 肌强直 症小鼠 的血清 醛缩酶 有降低 作用. 香 菇水溶 
液呈味 物质成 分中, 主 要含腺 嘌呤. 蚕豆 根所含 5 _ 羟 尿嘧啶 是一种 代谢拮 抗剂, : 并含有 2 , 6 - 二氨 基標吟 

(DAP), 它可抑 制尿酸 代谢, 但其抑 制可波 腺嘌呤 核苷所 逆转. 白 僵蚕含 6 _N- 羟乙 基腺^ 呤, 有 抗辐射 
和降压 作用. 尿 亵素是 黄嘌呤 的氧化 产物, 存 在于广 防己、 土青木 香等中 药中, 外用 尿囊素 能促进 溃疡面 
和 伤口的 愈合, 并 有生肌 作用. 

第三节 核苷和 (单) 核苷酸 的结构 

一、 核苷 的结构 、 
核苷 由一分 子碱基 与一分 子戊糖 (核 糖或脱 氧 核糖) 通过缩 合形成 糖苷键 所织成 * 



等。 它们 大多数 是主要 碱基的 甲基衍 生物。 此 外还有 乙酰基 (N 4 - 乙酰基 胞嘧啶 )、 硫代 (2- 硫 
尿 嘧啶) 或羟甲 基等。 由 于分离 和测定 技术】 高度 发展, 在转移 RNA (tRNA) 中发 现含稀 
有碱基 多者有 17 个 以上, 少 者也有 2〜3 个。 



NH, 



N 



N 



C— CH, 

B 

C 一 H 

/ 



H 

5- 甲基 胞嘧啶 

(酮式 ) 
NH— CH, 



/ 
N 

X \ 



C 



\ 

C— CH 2 OH 
I 

C— H 

/ 



N 
H 

5- 羟 甲基- 胞嘧啶 
(酮式 ) 



o 
n 



HN 
C 



o 



H 



CH, 
CH, 



二氢 尿嘧啶 (DHU) 
(酮式 ) 



O 
B 



C 一 H 



N 

/ 



NIH 



\clc/ 

c N 

H _ 

NIH 



H 

c 



Yc\ 

) N 

/lc、 



NIH 



H 



― 36 一 



RNA 中的核 苷称核 糖核苷 (或 称核苷 ); DNA 中的 核苷称 脱氧核 糖核苷 (或称 脱氧核 苷)。 
实验 证明: 核苷 的形成 由核糖 (或 脱氧 核糖) 的第一 位 碳原子 (Q) 与 嘧啶环 的第一 位氮原 
子 (N t ) 相连 组成嘧 啶核苷 (或 嘧啶手 氧核苷 ); 与 嘌呤的 第九位 氮原子 (N e ) 相连组 成嘌呤 
核苷 (或 嘌呤脱 氧核苷 )。 因核糖 (或 脱氧 核糖) 为 P- 呋喃 型环状 结构, 在核鉸 分子中 CV 形 
成 的糖苷 键都是 P- 构型 (在核 苷结构 式中戊 糖分子 的编号 用带撇 的数字 l'^zj' …表 示, 以 
示与 碱基上 的编号 相区别 )。 

从 RNA 得 到的核 苷主要 有腺嘌 呤核苷 (腺苷 )、 鸟嘌 呤核苷 (鸟苷 )、 胞嘧 啶核苷 (胞 
苷)、 尿嘧 啶核苷 (尿苷 )。 它 们的结 构式及 代表符 号表示 如下: 



H 



NH, 

N 



O 



N' 



H 



H— N 



H,N 



八 N A 



N' 



O 

II 



)-H 



H— N 



O 八 n/ 



-H 
— H 



HOH.C z〇\ 

Izh H、 



H 



HOH.C z〇\ 
zh H、 



OH OH 



H 



H 



HOH 2 C z〇\ 

\yn H 



H 



腺苷 (A) 
核糖腺 嘌呤) 



OH OH 
鸟苷 (G) 
(9-;5-D- 核糖鸟 嘌吟) 



H 



OH OH 



H 



尿苷 (u) 

核糖尿 嘧啶) 



NH, 



O 



N 

入 



O 
3 



H 
•H 



H— N 

o 人;/ 



一 CH, 
— H 



HOH.C z°\ 
,H H 



H 



HOH,C z。 



OH OH 



H 



H H 



H 



H 



胞苷 (c) 

核糖胞 嘧啶) 



OH H 
脱 氧胸苷 (dT) 

脱氧核 粽胸腺 嘧啶) 



从 DNA 得到的 脱氧核 苷主要 是腺嘌 呤脱 氧核苷 
(脱氧 腺苷, dA)、 鸟 嘌呤脱 氧核苷 (脱氧 鸟苷, dG)、 
胞 嘧啶脱 氧核苷 (脱氧 胞苷, dC)、 和胸 腺嘧啶 脱氧核 
苷 (脱氧 胸苷, dT)。 

此外 还有丄 种通过 核糖的 第一位 碳原子 (C/) 与尿 
嘧 啶环的 第五位 碳原子 (C 5 ) 相 连的化 合物, 称 假尿嘧 
啶 核苷, 该 化合物 属稀有 核苷。 

人们 为了抑 制病毒 的繁殖 生长, 设想 制备核 酸的类 似物来 

干扰病 毒的核 锬生物 合成, 作为 抗病毒 药物. 如 5- 碘脱^ 尿苷 (碘 
苷, 商品 名为" 庖疹净 ")、 阿 糖胞苷 (胞嘧 啶阿拉 伯糖苷 )、 阿糖腺 
苷 (腺 嘌呤 阿拉伯 糖苷) 和环胞 苷等, 证明有 抗病毒 感染的 疗效. 




ao-cHj/O 



H 

OH 0H 

假尿^ ^核 糖核苷 



37 ― 



二、 核苷酸 的结构 



核 苷分子 中戊糖 结构上 的羟基 经磷酸 化可以 形成核 苷鲛。 它是核 苷的磅 酸酯, 又 是组成 
核酸 的基本 单位, 所以 称为单 核苷酸 e 由核糖 核苷衍 生的, 称 核裰核 苷酸: 由 脱氧核 糖核苷 
衍 生的, 称脱氧 核糖核 苷酸。 

由 于核糖 核苷的 戊糖环 上有三 个游离 羟基, 所 以核糖 核苷酸 有三种 (c 2 '、 c 3 '或 C B ') 单 

磷 酸核糖 核苷。 如腺嘌 呤核苷 能够生 成腺嘌 呤核苷 -5'- 磷酸 (5'-AMP) 、腺嘌 呤核苷 -V- 磷酸 
( 3 ' - AMP) 及腺嘌 呤核苷 - 2~ 磷酸 (2'-AMP)。 脱 氧核糖 核苷酸 有二种 (C 3 ' 或 C 5 ') 单磷酸 
脱 氧核糖 核苷。 

核 苷和核 苷酸均 可有两 个近似 平面的 碱基环 和呋喃 糖环。 在大 多数核 苷酸分 子中, 这两 
个环不 在同一 平面, 而是几 乎彼此 垂直。 





NH 
•C 



X 



in 

HOCH 2 z〇\ 

' H、 



H 

H 2 3 PO 



HOCH 2 y 0\ 
y H H' 



II 



OH 



H ! 
H 2 0,PO 



N' 



H 



腺嘌呤 核苷- 3'- 磷駿 
(3'-AMP) 
NH, 



/ 
N 



C 



CH 



= C 



CH 



、7 



OH 

与嘌 呤核苷 3'- ^酸 
(3'-GMP) 

O 
II 

/ C \ 
HN C— CH, 

I II 
= C CH 



H,O a POCH, 



H 



Z〇\ 
H H、 



H 



HO OH 

胞嘧 啶核苷 -5'- 磷酸 
(5-CMP) 



h T ,〇,POCH: 



H 



H H' 



H 



HO H 

胸腺 嘧啶脱 氧核苷 -5'- g 酸 
(5'-c/TMP) 



* 某些 中药含 核苷和 核苷菽 成分, 具 有一定 的生物 活性. 如薄盖 灵芝含 腺嘌呤 核苷和 尿嘧啶 核苷, 后者对 
实验 性肌强 直症小 鼠血清 醛縮酶 有降低 作用; 高 丽参含 腺嘌呤 核苷, 对肾上 腺素、 ACTH、 和胰 髙血辖 素呈掊 
抗作用 ,并能 活化腺 苷酸环 化酶, 升髙 cAMP 水平; 海绵含 尿嘧啶 核苷, 它们 是阿糖 胞苷的 前体, 还 有阿糖 
腺苷, 为局 部治疗 病毒性 角膜炎 的有效 成份, 澳大利 亚海绵 的水提 取物含 1- 甲基 异嘌呤 核苷, 可使 动物肌 
肉松 弛、 体温 下降, 恢复 心搏、 降低 血压、 抗炎、 抗过 敏等; 蘑菇 含腺嘌 呤核苷 -5'- 磷鲛 和尿嘧 啶核苷 -5'- 
菘酸. 



N 



C 



HC C 



:h 



c = c 



H Nl 

H 



— 38 一 



笫西节 核 酸的分 子结构 



通 常组成 核酸的 核苷酸 种类虽 然只有 4 种, 但 由于核 酸是高 分子化 合物, 核苷酸 单位多 
达几十 万个, 最 少也有 70 多个, 它 们都是 按照一 定的排 列顺序 相连而 成的, 因 此核酸 的种类 
很多。 它和 蛋白质 一样, 有一 定的一 级结构 和空间 结构。 

一、 核酸 分子中 核苷酸 之间的 联接方 式及其 简写式 

DNA 和 RNA 中的各 核苷酸 是通过 3\5'- 磷酸二 酯键彼 此相连 。在 形成酯 键时, 5'- 磷 
酸的 一个羟 基与前 一个核 苷酸戊 糖上的 3'- 羟基脱 水相连 ,如 此鱼贯 连接, 即 可成为 一个多 
核 苷酸的 长链: DNA 和 RNA 两者的 主链由 磷酸和 戊糖残 基交替 组成, 核苷 酸单位 的嘌呤 
碱 和嘧啶 碱不参 与主链 结构, 但它们 却构成 有特色 的侧链 (见图 2-1)。 核酸 主链的 两端可 
用 V- 末端和 5'- 末端 表示。 所谓 3'- 末端, 是指多 核苷酸 某一链 端的核 苷酸所 含戊糖 3'- 位 
为游离 羟基, 这 一端称 多核苷 酸链的 V- 末端; 而另一 端戊糖 的乂位 为磷酸 单酯, 故称多 
核 苷酸的 5'- 末端。 

多核苷 酸链的 碱基烦 序和共 价结构 可用下 列简式 表示: 




喊基 



'5'^/。x ^基 



o 

F0-P=O 



5'CH a / Ov 

、 N 





mi 





I 



20-P=G 
O 

1 •• 



O 3, OH 



BO-P—O 
/ 

O 
I 



DNA RNA 

" l 构 



H' 

5' 禾稱 5' 5' 0' o 3'- 末端 

PU-A-C-G-OH 



价- p 

^ p 

«5 腺嘌呤 3/ \ 

, p 

p 



— «9 — 



式中直 纹犬丧 戊溏 碳原子 骨桀, 直线顶 ^以 C/ 与^, ,泡 3, 组成 g(^。P 代 3 磷^ 基," -" 表^ 
分别 与戊^ 的 C 3 ' 和 CV 以磷 酸二酯 镜相连 而形成 多核苷 gi, 为 了简便 起见, 用11、 A、 C、 和 
G 代表 各种核 苷酸, 核苷酸 链中的 P 可省 略, 而末 端的磷 酸基需 标上, 表示 5' 末端。 因此, 可 
用 p - U"^A~C- G-OH 或 pUACG-OH 式来 表示。 同样 DNA 链也可 用上法 简写, 但在链 端多写 
—个 d 字来表 示如: dpATGCTA-OH。 

二、 核 酸的分 子结枸 
(-) DNA 的分 子结构 

天然 DNA 分子 中所含 核苷酸 主要有 dAMP、 dGMP、 dCMP 和 dTMP 四种, 它 们按一 
定规 律排列 》 来自 不同的 细胞和 病毒的 DNA 分子, 虽然在 其核苷 酸的比 例和顺 序以及 DNA 
分子 量上- 都 有明显 差异, 但其 碱基有 以下几 点共同 规律: 

© ^^呤 与 胸腺嘧 啶的摩 尔含量 相等, A/T=l; 

© 鸟 嘌呤与 胞嘧啶 (包括 甲基胞 嘧啶) 的摩 尔含量 相等, 即 G/C=l; 

(D 总嘌 呤碱与 总嘧啶 碱的摩 尔含量 相等, 即 A + G/T + C=l。 
这些 碱基摩 尔含量 比例的 规律, 称为碱 基配对 法则, 对于 DNA 双螺旋 结构的 形成是 非常重 
要的, 

DNA 分两 大类, 一类含 腺嘌呤 和胸腺 嘧啶较 多的称 型。 另 一类含 鸟嘌呤 和胞嘧 
啶较多 的称" G-C" 型。 

表 2-2 列 出不同 来源的 DNA 中碱 基摩尔 含量百 分数。 



表 2 - 2 





^嚓呤 


鸟 © 呤 


'胞 嘧啶 


胸 腺嘧啶 


人 


30.9 


19.9 


19.8 


29.4 


大 肠杆茵 


24.7 


26.0 


25.7 


23.6 


噬菡休 


21.3 

k 、、' 


28.6 


27.2 


22.9 



1. DNA 的一 级结构 

核酸 的一级 结构是 指核酸 分子中 核苷酸 的排列 顺序。 单核苷 酸的种 类虽然 不多, 但因各 
种核 苷酸的 数目、 比例和 排列颁 序不同 ,可构 成各种 不同的 核鲛大 分子。 DNA 的一级 结构, 
主耍由 dAMP、 dGMP dCMP 和 dTMP 四 种核苷 酸通过 3\ 5'- 磷 酸二酯 键按 一定顺 序排列 
组成 DNA — 级结构 (见图 2-1 DNA 部份 )。 DNA 分子量 很大, 约 lQ e 〜lG 1Q 或 更高。 脱氧核 
苷駿单 位数目 很多, 即使是 最小的 DNA 分子至 少也含 5000 个脱氧 核苷酸 单位。 

B !977 年第 一次完 成了由 5375 个脱 氧核苷 酸组成 的歷菌 f$^Xl7 4 单链 DNA 的 全 部核苷 酸排列 顺序的 
测定- 自从 发现了 限制性 内切核 酸酶能 在特异 位点处 将大的 DNA 分子切 割成小 的片段 以后, DNA 中 核苷酸 
颃序 的测 定就大 为简 化了. 目前可 采用化 学法和 酶学法 迅速而 准确地 将这些 片段进 行顺序 分析。 一条 DNA 
链可 先用一 种或几 种限制 性内切 酶切割 成不同 长度的 片段, 然后 用琼脂 糖凝胶 电泳将 这些片 段分离 出 来. 
如有 必要还 可将这 些片段 纯化, 并 用分子 克隆技 术进行 扩增. 然后 分别测 定这些 片段的 核苷酸 顺序, 应用 
上:' 方法 目前已 冇不少 DNA —级 结构被 阐明. 基因的 核苷酸 分析总 数已达 looo 种 以上, 并 建立了 基因文 
库, 从计箅 机中 可获得 S 因分析 结果, 其中包 括文献 来源, 核苷酸 数目, 毎 S 多核 苷酸代 表什么 基因, 可 



— 40 ~ 



供 研宂者 使用, 但 3 完戍 一个 哺乳 动物 细胞 3 ><iO»^|S 对 (bp) 大小 的全部 基因' 还有梱 当西难 ♦ 不过这 
种分折 已成为 分子生 物学 实验室 的常规 工作, 有人推 测在 2 :) 世纪末 能够完 成人的 3X 10 9 bp 的全部 核苷^ 烦 
序 分析. 

在一 级结构 上真核 细胞与 原核细 '胞 染色质 DNA 各具显 箸特点 • 

*(1) 真 核细胞 染色质 DNA 的一 级结构 特点: 真核 细胞染 色质由 DNA、 组 蛋白. 非组 蛋白和 RNA 组 
成, 其中 DNA 分子量 很大, 它 是遗传 佶息的 载体, 其主 要特点 如下: 

① 重复 顺序: 真核 细胞 染色质 DNA 具有许 多重复 排列的 核苷鲛 序列, 称 重^^ 序. S 重复顺 序不同 
又可 分为髙 度重复 顺序, 中度 重复顺 序和单 一顺序 三种. 

高 度重复 顺序: 许多真 核细胞 染色质 DNA 都 含有髙 度重复 顺序. 这 种重复 顺序的 " 基础 順序" 较范 
含 5〜l00bp, 但重复 次数可 高达几 百万次 (10'〜10 7 )。 髙度重 复顺序 结构中 G — C 含量 高, 迸行 CsCl 梯度 
离心 时常在 DNA 主 峰旁显 示一个 小峰, 此小峰 称为卫 星峰, 因而 这部份 DNA 又称 为卫星 DNA* 

中 度重复 顺序: 这种 结构的 础顺序 "长, 可达 300bp, 或 更长, 重 复次数 从几百 到几千 不等, 组蛋白 
基因, rRNA 基因 (简称 rDNA) 及 tRNA 基因 (tDNA) 大 多为中 度重复 顺序. 

单一 顺序: 又称 单拷贝 顺序. 真核细 胞中, 除组蛋 白外, 其 它所有 蛋白质 都是由 DNA 中 单一序 列决定 
的. 每一 序列 片段决 定一个 蛋白质 结构, 为一个 蛋白质 的结构 基因. 

② 间 隔顺序 与插入 顺序: 在真 核细胞 DNA 分 子中, 除了编 码蛋 白质和 RNA 的基因 序列片 段外, 还有 
一 些片段 不编码 任何蛋 白质和 RNA, 它们可 以存在 于基因 与基因 之间, 也可 以存在 于基因 之内. 前 者称间 
隔 顺序, 后者 称插入 顺序. 通 常把基 因内的 插入顺 序称为 内含子 (Intron), 把 编码蛋 白质基 因顺序 称为外 
显子 (Exon)。 

③ 回文 结构: 在真 核细胞 DNA 分 子中, 还存 在许多 特殊的 序列. 这种 结抅中 脱氧核 苷酸的 排列在 DNA 
两 条链中 的顺读 与倒读 意义是 一样的 (即脱 氧核苷 酸排列 顺序相 fpj, 这 种结构 称回文 结构, 如下图 所示, 

-T-A-G-C-T-A-|-T-A-G-C-T-A 
-A-T-C-G-A-T-I-A-T-C-G-A-T 

# (2) 原 核生物 DNA 的一 级结构 特点: 

① 原核 生物在 DNA 顺序 组织上 的特点 是基因 重叠, 这可 能是由 于病毒 DNA 分子 一般都 不大, 但又必 
须装 入相 当多的 基因, 因此导 致病毒 DNA 在迸 化过程 中重叠 起来. 由于 基因的 重叠, 在重叠 部位一 个碱基 
的突变 将影响 二个或 三个蛋 白质的 表达. 

② 原 核生物 DNA 顺 序的另 一个特 点是功 能上相 关的结 构基因 (可 编码 蛋白质 结构的 基因) 转录在 同一个 

mRNA 分 子上. 如 0X174 噬菌体 DNA 序列, 从 启动子 P 。开始 转录的 mRNA 包含 了基因 D-(E)-J-F-C;-H, 
其 中基因 J、 F、 G、 H 都是编 码噬菌 体的外 壳蛋白 的结构 基因. 

③ 原 核生物 DNA 顺序所 含有的 结构基 因是连 续的, 一般 不含 有插入 或间隔 序列, 而 且在转 录调控 区内的 
DNA 顺序 的组织 形式是 多种多 样的. 

2. DNA 的二 级结构 

1953 年 Watson 和 Crick 等 人根据 X- 线 衍射的 结果和 当时积 累的化 学分析 数据, 提出 
了 DNA 是双螺 旋结构 设想的 模型, 现 已得到 广泛的 承认。 其内容 可归纳 如下: 

DNA 分子 是由两 条多核 苷酸链 以相反 的方向 (即一 条由 V— 5/ , 另 一条由 3') 平行 
地围绕 着同一 个轴, 右旋盘 曲而成 一双螺 旋结构 (图 2-2)* 这两条 多核苷 酸链的 骨架, 是由 
戊糖 和璘酸 连接组 成的。 该 两链位 于螺旋 的外侧 (图 2- 3 ), 而 碱基则 在 此两条 戊糖磷 酸链之 
间。 同时, 该 两链通 过它们 碱基间 的氢键 连接在 一起, 从 而维持 双螺旋 的空间 结构, 四种碱 
基互相 形成氢 键是有 一定规 律的, 腺 嘌呤与 胸腺嘧 啶配对 (或用 A 与 T 表示 )、 鸟嘌呤 与胞嘧 



图 2-2 DNA 双螺 旋结构 模式图 



图 2-3 两条 多核苷 酸链之 间的连 接方式 



A Q T c A A G 



- T C A G T T c 




图 2-4 DNA 的碱 基配对 

啶 (或用 G 与 C 表示) 配对。 即一条 链上的 腺嘌呤 与另一 条链上 的胸腺 嘧啶、 一条链 上的鸟 嘌 
呤与 另一条 链上的 胞嘧啶 通过氢 键相连 (图 2-4)。 因此, 只 要知道 DNA 分子 中一条 多核苷 
酸 的排列 顺序, 就能 确定另 一条链 的核苷 酸排列 顺序, 这 在遗传 复制过 程中, 具有极 为重耍 
的 意义。 

成对的 碱 是在 同一平 面上, 与螺 旋轴呈 直角。 每对碱 基对间 的堆积 距离是 3.4A, 

因双螺 旋的每 一圈有 10 对 碱基, 所以, 每上升 一圈的 高度为 34 人。 螺旋的 直径是 20 人。 



过 去认为 双螺旋 结构的 稳定, 全赖于 氢键的 ^系。 目前 认为, 除氢 键外, 主 要依靠 * 碱基 

堆 积力" 来维系 (图 2-5), 此 键的形 成是依 赖于碱 基本身 的疏水 性质。 这种非 极性的 緘基纵 
向堆积 成有次 序的螺 旋时, 能 在碱基 各原子 之间发 生相互 吸引的 静电引 力或范 德华引 力等, 
使螺 旋结构 稳定。 




图 2-5 DNA 分子两 条多核 苷酸链 之间氢 键的形 成和碱 基堆积 示意图 (…表 示 氢键) 
天然 DNA 在不同 湿度, 不 同盐溶 液中的 结晶, 其 X- 射线 衍射所 得数据 不同, 核 1; 其品 
形 及性质 不同, DNA 的二级 结构形 式分为 A、 B、 C 三种 (表 2-3): 上述 WMson 和 Crick 的 
结构 模型为 B 型 DNA, 溶液 及细胞 内天然 状态的 DNA 可能 多数属 B 型 DNA。 

表 2-3 DNA 的类型 



类 型 


结 晶状态 


螺 距 


堆 积距离 


每转械 基对数 


弒 基夹角 


A 


75% 相对 湿度, 钠盐 


28 人 


2,56 人 


11 


32. V * 


B 


92% 相对 湿度, 钠盐 


34 人 


3. 4 A 


10 


36° 


C 


66% 相对 湿度, 锂盐 


31 人 


3. 32 A 


9. 3 


38° 



• 1979 年 A. Rich 根据 d (GCGCGC) 脱 氧六核 苷酸的 X 射 线衍射 结果的 分析, 发现了 左旋的 现象. 
并提出 了左旋 Z-DNA 模型. 新发现 的左旋 DNA, 虽也 是双股 螺旋, 但 旋转方 向与它 相反, 并 在旋转 的同时 
作 Z 字形 扭曲, 故称 Z-DNA, Z-DNA 中 的两条 糖璘酸 骨架比 B-DNA 中靠得 更近; B- DNA 有 两个槽 (夭 
沟和小 沟), 而 Z-DNA 只有 一个槽 (小沟 )( 图 2-6), 此外, 许多数 据均与 B-DNA 不同 (表 2-4). 



表 2-4 B-DNA 与 Z-DN A 的比较 



类型 


旋 转方向 


每圈 残基数 


直径 


弒基堆 积距离 


mm 


转角度 


B-DNA 


右旋 


10 


20 人 


3.4 人 


34 人 


36* 


Z-DNA 


左旋 


12 


18A 


3.7A 


44.4 人 


— 60' 



80 年代以 来,一 些 实验表 明左旋 DNA 也 是天然 DNA 的一种 构象。 在一 定条件 下右旋 DNA 可转 变成左 
旋 DNA, 并提出 DNA 的 左旋化 可能与 致癌、 突 变及基 因表达 的调控 等重要 生物功 f ^关. 

早在 "Watson 和 Crick 提出双 螺旋结 构模型 之前, 著名 化学家 Pauling 等就 曾提出 DNA 的三般 嫘旋结 
构, 但 没有引 起入们 注意. 近年 来三链 DNA (tsDNA) 再次受 到人们 重视, 并发现 存在于 真核细 胞完整 



一" 一 



染色 体中. 国际 上已开 始应用 第三段 DNA 分子^ ADNA 双^^ i^ii^, 进行 破坏病 毒或抑 制孕翻 产生而 
中止 妊娠的 研究. 




Z 型 DNA B 型 DNA 

m 2-6 Z 型和 B 型 DNA 的澳型 



3. DNA 的三 级结构 

' 在 DNA 双螺旋 二级结 构基' ;;; li 上, .冗螺 旋 的扭曲 或 再 次 螵旋就 构成了 DNA 的 三级结 
构 。 

在电子 显微铠 下可见 哺乳动 物等绝 大多数 生物染 色体的 DNA 是具 有双螺 旋结构 的线状 
分子 e 但在 动物^ 胞的线 粒体、 细菌 (如 大肠 杆菌) 及 某些病 毒中的 DNA 则可呈 环状。 也 
有少 数病毒 DNA 以 单链环 状或线 状形式 存在。 

超孃 旋是 DNA 三级 结构^ 一种 形式。 在 DNA 双螺 旋中, 每 10 个核 苷酸旋 转一圈 >这 
时 双螺旋 处于最 低能量 状态。 如杲 使这种 正常的 双螺旋 DNA 分子 额外地 多转几 圈或. 少转几 
圈, 这就会 使双螺 旋内的 原子偏 离正常 位置, 在双螺 旋分子 中就存 在额外 张力。 若欢 螺旋的 
两条链 互相环 绕超过 每一圈 lObp, 则 该分子 将在空 间产生 扭曲, 形成 正性超 螺旋。 反之, 如 
果 DNA 分子 双链互 相环绕 过少, 不 到每圈 lObp, 则形成 负性超 螺旋。 例如, 如果 iObp 组 
成 1.1 圈 (每 圈不到 lObp), 则超螺 旋密度 为一: ).1 (负性 超!: 旋)。 环状 DNAtf? 是. 



— 44 — 



旋, 不论 正性^ 负性超 镙旋 的存在 均可^ 环状 DNA 分 子更为 致密。 
•DNA 在 核小体 结构中 的扭曲 方式也 是一种 超蟝旋 结构. 

人的染 色体有 23 对, 以 其所含 的全部 DNA 计箅, 共有 3 ><io'bp。 根据 DNA 在生物 体内绝 大 多数呈 B 
型双 螺旋, 每 10 对核苷 酸为一 周盘 绕若, 直径为 2. Onm, 高度为 3. 4 mn, 以 此计算 3 X 10'bp 应长约 1.02m, 
但 当形成 23 个染色 体时, 总长度 只有约 lOCmm, 说明压 缩了几 千倍. 压缩 并不是 一次完 成的, 而是 多层次 
的. 在真核 生物细 胞中, DNA 并不 是单独 存在, 而是以 B 型螺旋 盘绕在 四种组 蛋白所 形成的 圆柱状 核外, 
H 柱状 核中有 H2A,'H2B, H3 及 H4 四种组 蛋白, 每两 分子聚 合成八 聚体, 有约 145bp 直径为 linm 的双链 
DNA 盘绕在 此圆柱 体外约 1%蹈, 这是核 小体的 核心. 在每 两个这 样核心 连接处 是另一 部分约 60bp 与组蛋 
白 Hi 相 结合的 DNA, 呈丝 状连接 (图 2-7a), 因此 核小体 都呈念 珠状. 在核 小体状 态下, DNA 巳 被压縮 
成大圆 盘状, 长 度减小 6〜7 倍. 在 这种基 本核小 体的结 构中, 只 有那些 仅压缩 2 倍的 DNA, 才有 转录活 
性. 不 少实验 证明, DNA 的局部 超螺旋 结构, 能使另 一局部 DNA 片 段展开 并进行 转录. 有活性 的核丝 直径小 
于 linm, 是在低 离子? 3 度下发 现的; 在高 离子强 度时, 会出 现螺旋 管状的 另一髙 度的超 盘旋, 图 2-7 是从 
核小体 到螺旋 管的超 盘旋示 意图. 有迹象 表明, 螺旋管 还可以 进一歩 压缩成 直径约 4000 人的超 螺管. 



-核 小体簠 复单位 200b P- 



带 HI 的 中间体 168bp- 
一 145bp 一 

核心 单位 



60 hp 

-连接 DNAl 



-DNA 



B2A a H2B 2 H3, H4' a Hi 

组 蛋白八 聚体 . 
图 2 _ 7 (a) 核 小体结 构模型 

<<20mmol/L NaCI ) C >20-^mol/L NaCl) ( 200-300m mo J/L NaCl) 




6〜7 个核小 

、 核微丝 中间: S 啶型 绕炫 丝管 

图 2-7(b) 染 色质的 较髙层 次结构 

(二) RNA 的分 子结构 

根 据功能 和性质 不同, RNA 主要分 为信使 RNA (mRNA)、 核 蛋白体 RNA (rRNA) 
和转移 RNA (tRNA) 三类。 在 大多数 细胞中 RNA 的 含量比 DNA 多 5〜8 倍 (表 2 - 5)。 



— 45 — 



表 2-5 大 肠杆菌 RNA 的性质 



类 型 




分子量 


核苷酸 残基敛 


占全 部细胞 RNA* 


mRNA 

/RNA 

rRNA 


C ;〜 25 
〜4 
5 
16 
23 


25,COO~1,000, 000 
23, 000~30, 000 
〜35,000 
~550, 0C0 
〜1, 100,000 


75〜3,000 
75~30 

〜io。 Y 

〜1, 500 / 
〜3, 100 J 


〜s 

15 
80 



注 4 s 为沉 降系数 



除上 述三类 RNA 以外, 还有 一些属 于细胞 核内的 RNA, 例如不 均一核 RNA(HnRNA),- 
核小 RNA (SnRNA), 以及 染色质 RNA (ChRNA) 等。 它们 在结构 和功能 上都与 细逸貭 
RNA 不同。 HnRNA 是 mRNA 的前 体物, SnRNA 参与 RNA 的加工 。 

RNA 主 要是由 AMP、 GMP、 CMP 和 UMP 四 种单核 苷酸, 通过 3、 5"- 磷酸 二酯键 

缩合 而成的 多聚核 糖核苷 酸链构 成的高 分子化 合物。 将这 些单核 苷酸按 一定顺 序排列 而成链 
状的 RNA (见图 2-1RNA) 称 RNA 的一级 结构。 

在自然 界里, RNA 绝 大多数 是单链 分子, 但有 少数病 毒如水 稻矮缩 病毒、 呼肠孤 病毒等 
的 RNA 具有 类似于 DNA 的 双螺旋 结构。 

由 于部分 RNA 的 分子量 较小, 且较 易分离 纯化, 因此, 有利 于较早 开展对 RNA 结构 
^、? f 究。 分 别介绍 如下: 

1. tRNA tRNA 是 较小的 分子, 约含 75〜90 个 核苷酸 单位。 占 细胞内 RNA 的 10〜 
15^, 以游离 状态或 与氨基 酸结合 的形式 存在。 在蛋白 质生物 合成过 程中, tRNA 具 有选择 
性 铋 运送 氨基酸 的作用 。 即 不同的 tRNA 在细胞 中可特 异地与 不同的 氨基酸 结合。 '然 后转运 
到结合 在核蛋 白体的 mRNA 上。 当 tRNA 将所运 载的氨 基酸按 一定的 位置释 放后, 又成 
为游离 形式的 tRNA, 再重新 运载氨 基酸。 现已知 存在于 蛋白质 20 种氨基 酸中, 每 一种氨 
基 酸至少 有一种 以上的 tRNA 参与运 载。 

tRNA 成 分中, 除含主 S 的嘌 呤碱 和嘧啶 碱外, 还 含有相 当数量 的稀有 碱基, 甚 至可占 
全部 碱基的 10?&。 如 假尿嘧 啶核糖 核苷酸 (V) 和甲 基化碱 基等。 




假尿嘧 啶核糖 核苷酸 (#) 核糖 胸苷睃 

(假尿 苷酸) 



— 46 — 



自从 1965 年 Holley 等确定 了酵母 丙氨酸 -tRNA 的全 部核苷 酸顺序 以来, 至今 已蹈明 
了约 190 种 tRNA 的一级 结构; 并对 tRNA 的 二级结 构及三 级结构 有了进 一步的 了解。 

目前 认为, tRNA 是单链 分子, 铎中的 各个链 段有可 能彼此 接触, 依靠氢 键进行 碱基配 
对, 并在 该处构 成局^ 双嫘 旋区。 在 tRNA 的双 螺旋区 的两条 链段, 也是以 相反的 方向旋 
绕的。 最小 的螺旋 区只有 4〜6 个碱 基对, 但大 部分螺 旋含有 10 个碱 基对, 接近 完整的 螺圈。 
在非螺 旋区则 呈不^ 则 形状, 或自 由弯曲 成环, 似发 夹状。 整个分 子形状 类似三 叶草型 (图 
2-8)。 

基 酸结合 
部位 3' 末 « 



^^鉸 铬合 $S 
(CC/- 一. OH 宋 «) 




图 2-8 酵母苯 丙氨酰 tRNA 核苷 酸链的 排列顺 序与空 间结构 
* 研究 表明, tRNA 的二 级结构 一般具 有下列 特征, 它包括 5 个部 分或臂 (图 2-8). 

(1) 上臂: 氨基 酸臂, 由 3'- 末端和 5'- 末端 附近的 7 个 碱基对 组成的 螺旋, 以整个 tRMA 链的 3'- 未'^ 
一 C—C 一 A — OH 作为氨 基臂的 结尾。 一 C 一 C—A—OH 末端是 氨基酸 结合的 部位。 

(2) 下臂: 在 5 个碱 基对的 螺旋臂 末端, 由 7 个核苷 酸组成 的突环 (非螺 旋区) ,环中 含有三 个核苷 ^组 
成 的反密 码子, 后者 能识别 mRNA 上的密 码子, 该突 环称反 密码环 (1)。 

(3) 右臂: 在 5 个 碱基对 螺旋臂 末端, 由有 T-4-C 序列的 7 个核苷 酸组成 突环。 该环又 称假尿 嘧啶& 
腺核糖 核苷酸 (TijjC 环, I\T)。 

(4) 左臂: 在 3〜4 个碱 基对的 螺旋臂 末端, 有 8〜12 个核 苷酸组 成的大 突环, 由 于环中 几乎总 含有二 
尿嘧啶 (D 或 DHU), 故称 二氢尿 嘧啶环 (DHU 环, I) 

(5) 外臂: 在下臂 和右臂 之间有 额外环 (1), 由 3-18 个 核苷酸 组成, 各 物种之 间差异 很大。 tRN/V 中 

的稀 有碱基 具有防 止碱基 配对, 并为 构成突 环创造 条件. 

通过对 tRNA 二级 结构的 研究. 使 我们对 RNA 二级 结构的 普遍规 律有了 更多的 了解. 图 2-8 表示由 
X- 线衍 射等的 分析结 ^ 阐明了 酵母苯 丙氨酰 tRNA 的三 级结构 模型, 整^ 结 构的外 型基本 上是由 2 个螺 
旋区组 成的倒 L 型, 两端 为氨基 酸壁. 和反密 码子, 环和 DHU 环恰好 在转弯 角上, 这 个结构 M 型有 
力 支持了 二级结 构的三 叶草模 1 

2. rRNA rRNA 是细 胞中含 量最多 的一类 RNA, 约占总 RNA 含量的 75〜80^, 与蛋 



— 47 — 



白 质结合 成核蛋 白体。 大部分 核蛋白 体存在 于细胞 质中, 它们 或以游 离状态 存在, 或 附着于 
内质网 表面。 

核蛋 白体是 蛋白质 合成的 场所, 它由大 小两个 亚基所 构成, 原 核细胞 的核蛋 白体由 30 S 

和 5 0S 组成; 真核 细胞由 40 S 和 60S 的亚基 组成。 每个亚 基都有 特定的 rRNA 和蛋 白质所 

组成, 如原核 细胞的 大亚基 (50 S) 是由 23S 与 5S 两种 rRNA 和 34 种蛋白 质组成 。 在蛋 

白质 合成过 程中, mRNA 只有结 合到核 蛋白体 上后, 才能 起模^ 作用。 在细 胞中, 毎条 

mRNA 链都带 有几个 核蛋白 体形成 串珠状 排列, 称多聚 核蛋白 {|:。 rRNA 为蛋 白质生 物合成 

提供 适合的 场所, 犹如自 动化装 配机。 

来自大 K 汗菌的 5 S rRNA 含 120 个 核苷酸 残基, 其排 列顺序 见图 2 - 9。 

,、 。 



C G p P K p 、、 

I j I j j \ \ \ q 



^ ? C 一 6 \ % 

《i " u 》 



^ C— 6 、 g._ ^ 

图 2-9 大 肠杆菌 5S rRNA 的可 能结构 
3. mRNA mRNA 约占细 胞内总 以下, 它 只含四 种主耍 碱基, 因它们 在细胞 

核中以 DNA 为 模扳, 又以碱 基互补 的规 则合成 (转录 ) 的。 转 录后, 转移到 ^胞 质中, 最 
后到达 核蛋白 体上。 真核 细胞的 mRNA, 在 3' 末端含 有^: 约 200 个 连续的 腺苷酸 残基, 它 
们在 mRNA 从核 转移到 蛋白体 的过程 中可能 起一定 作用。 mRNA 是不稳 定的, 更 新率很 
快。 在蛋白 质生物 合成过 程中, mRNA 起 着传递 DNA 的遗传 信息、 决 定翠白 质肽链 中氛基 
^排 列颓 序的 作用。 细 胞合成 几千种 不同蛋 白质, 均 有各自 特有的 mRNA 作模^ e 因此, 
S 然 mRNA 在 细胞内 的含量 很少, 但 其种类 甚多, 每个细 胞约有 10 4 分子 mRNA。 

第五节 核 酸的理 化性质 - 

RNA 和 DNA 都是 扱性化 合物。 一 般都溶 于水, 而 不溶于 乙薛、 氯 仿等有 机溶剂 。 它 
们的 钠盐比 游离 酸易溶 于水, 如 RNA 呈 酸性, 其钠 盐在水 中溶解 度可达 4fo。 

RNA 和 DNA 分 子既^ ^酸 基, 又有碱 性基, 故为 两性电 解质。 在一定 PH 条 件下, 
可以解 离而带 电荷, 因此, 它们 都有一 定的等 电点, 能进行 电泳。 

核鲛 和蛋白 质一样 有变性 现象。 双 螺旋的 DNA 和具 有双螺 旋区的 RNA 溶液, 在一定 
条件 下,' 受; 某些物 理或化 学因素 作用, 会 使其理 化性质 改变。 如将 DNA 的稀 盐溶液 加热到 
8G1C 左右, 双 螺旋结 构即被 破坏, 两条链 拆开, 形 成两条 无规则 线圈, 并引起 一系列 性质的 
&变。 妇 23Cnm 处紫 外线吸 收值的 升高、 比旋度 降低、 粘度 降低、 酸碱滴 定曲线 的改 变等, 
同时也 失去它 的生物 活性, 这种现 象称为 核酸的 变性。 促 使核酸 变性的 因素, 除加 热外, 还 
有 强鲛、 强碱和 尿素等 • 变性的 程度取 决于氢 键破坏 的多少 (变 性一般 不能破 坏核酸 的一级 
结构) 。含 双⑤旋 结构的 核敢溶 液的变 1 生是可 逆的, 当 两条螺 旋链受 热而拆 开后, 如果 温度下 



― 48 ― 



1.2- 



降, 它 们还能 再聚合 而成双 螺旋, 这种现 象称为 核酸的 复性。 

由 于核酸 的组成 都含具 有共轭 双键 的嘌呤 碱和嘧 啶碱, 因此对 紫外光 具右^ ^!;力^ 收。 核 
跤 溶液在 26 0nm 附 近有一 个最 大吸收 峰, 在 230nm 有一 个低谷 (见图 2- 10)。 DNA 的吸收 
曲线与 RNA 无显著 区別。 

核^ 的分子 杂交: 根据两 条单链 DNA 或 (DNA 与 ' 
RNA) 屮 互补碱 基序列 能专一 配对的 原理, 在一 定条件 
下。 单链 DNA 或 RNA 能 与另一 条单链 DNA 链上互 
补的碱 基形成 氢键, 从 而使两 条单链 杂交成 双链。 其中 
利 用逆转 录酶把 mRNA 逆 转录成 互补的 DNA 称互补 
DNA (Complementary DNA), 简写成 cDNA。 通常 
可用 已 标记上 同位素 32 P 或 1 25 I( S2 P 是标记 在核苷 酸的磷 
原 子上, lils I 则是标 记在胞 嘧啶的 C- 5 上) 的某一 RNA 
或 DNA 片段 (一般 为 15〜20 个核 苷 酸 组成的 寡核苷 
酸链) 作为 探针, 探 测样品 DNA 分子中 是否含 有与探 
针 互补的 DNA 顺序。 标记 的 比强度 可达到 10 7 〜10 8 
cpm/iig 核酸的 水平, 因此 杂交的 分子很 容易被 鉴定出 图 2 _10 RNA 钠盐的 紫外吸 收曲线 
来, 利用放 射自显 影术, 快 则一天 之内, 慢 则几天 可以看 到杂交 分子上 放射性 同位素 的自显 
影区 带而得 到鉴定 结果。 分子 杂交广 泛应用 于基因 分析, 为了 鉴定基 因的特 异性, 经 常要做 
杂交分 沂。 在基 因工程 技术中 也经常 使用。 




240 2(0 
饺长 (tvm) 



:M~300~ 



笫六节 体 内重要 的游离 核苷酸 



在 生物体 内, 核 苷酸除 组成核 酸外, 还有一 些以游 离状态 存在。 常见 的有: ATP (三磷 
酸腺苷 )、 ADP (二磷 ^]^ 苷)、 AM? (—磷 酸腺苷 ); GTP、 CTP 和 UTP; GDP、 CDP 
和 UDP; dADP、 dGDP、 dCDP、 dTDP 及 dATP、 dGTP、 dCTP、 dTTP 等。 它 们具有 
非常 重要的 生物学 意义, 具体 反映在 下列几 方面: 

® dATP、 dGTP、 dCTP 及 dTTP 是合成 DNA 的 原料, 而 ATP、 GTP、 UTP 及 
CTP 是合成 RNA 的 原料。 

② UTP、 GTP 和 CTP 在 糖原、 蛋 白质、 腺 嘌呤、 磷脂合 成等代 谢方面 起着重 要的作 

用。 

③ 有些 单核苷 酸在物 质代谢 中起着 重要的 作用, 如辅酶 A 、黄 素腺 嘌呤二 核苷酸 (FAD) 
和辅誨 I、 ^1:|11 (NAD+、 NADP+) 都含有 ADP (这 些辅酶 的结构 式参见 84 _ 86 页 ) 

© ATP 是机 体能量 代谢等 方面的 关键化 合物。 

ATP 的结构 式中有 三个磷 酸基, 磷酸 基之间 结合的 键含有 较高的 能量, 称为髙 能键, 在 
结构式 中"〜 "来 表示, 每一 摩尔高 能磷酸 键约有 33.47 千焦〜 50. 21 千焦。 因此 ATP 是生物 

休内的 3 要 能源。 它广 泛地参 与体内 脂肪、 蛋 白质、 糖类 及核铰 等代谢 过程, 而且 供给肌 肉 

收缩、 祌美 (专. 导等生 .ii 活 动所需 妁. 能量。 



•O— CH 4 



HO— P=0 




HO— P 




O OH 



cAMP 



cGMP 



它们 虽然不 是组成 核酸的 成分, 但它 们广泛 地存在 于各组 织中, 影响 多方面 的细胞 活动, 
现已了 解蛋白 质和肽 类激素 是通过 cAMP 而发挥 生理作 用的。 当激 素作用 于细胞 膜时, 由于 
膜 上的腺 苷酸环 化酶被 活化, 从 而催化 ATP 使其 转变成 cAMP。 后者 通过激 活蛋白 激酶, 产 
生一系 列调节 功能。 因此, 人们将 激素作 为第一 信使。 而 cAMP 等环核 苷酸称 为第二 信使。 
环 核苷酸 可被磷 酸二酯 酶降解 3 

ATP 腺麵化 1 — c 層虏^» — 5 '—AMP 



近 年来, 许多实 验资料 表明, 环 核苷酸 cAMP 和 cGMP 参 与中枢 与周围 神经系 统的多 
种 活动, 在 突触传 递过程 中亦是 某些神 经递质 的第二 信使。 激素 调节、 基因 表达、 免 疫反应 
以及细 胞的增 殖和分 化均与 cAMP 和 cGMF 有关。 

cAMP 和 cGMP 在某 些组织 中引起 的生理 效应往 往是相 反的。 例如 cAMP 具有 促进脂 



NH, 



v 

OH 





OH 



N 
H! 



N, 



〇 



OH \nAn 



HO— p〜0—P〜0 — P — — H 2 C 



蕭 





S 





i 

o 



H 

HO OH 



AMP 



ADP 



m 



ATP 

生物细 胞中还 有一些 环核苷 ^如 3\ 5'- 环一磷 酸腺苷 (cAMP) 和 S'J'- 环一 璘酸鸟 
蠡 (cGMP) 箏, 



H 

\c- 

N N 

\ \ 

N 

H 



Tr- 



N N. 

H \ \ 

NIC ^ 

f y、 

H 



一 50 一 



肪、 糖慼 分解、 心肌 收缩, 平滑 肌舒张 和抑制 血小板 凝集等 作用, 而 cGMP 则 相反。 正常情 
况下, 组 织和& ^屮 cAMP 和 cGMP 的含量 ^对 稳定, 并保 持一定 比例, 一 旦失去 平衡, 

细胞功 ^也 眩之. 发生 变化, 出 现病理 现象- 

中 药会游 离核苷 ^ 成分, 如 人参, 独活 1 百合、 天麻含 ATP 分别为 2 1、 5.1. 4.0. l.ammol/g; 黑龙 
江哈 士蛟 的腓肠 肌中含 ATP 最 高超过 4 . 7mmol/g, 随季节 而异。 

大舉、 苍 耳子、 黄芩、 花椒、 黄精、 吴 茱萸、 蒲黄、 女 贞子、 金 櫻子、 & 盆子、 m 羊^、 梔子、 茵陈 

同时合 cAMP{:ncGMP, 其中 以大枣 含量最 丰富; 大黄、 鸡 血藤、 五 灵脂、 何 首乌、 红花. 茯苓, 桃 
仁等含 cAMP: 丹参, 豆蔻、 锁阳. 连翘, 妙仁、 肉桂、 甘 草等含 cGMP. 



第三章 酶 



第一节 酶 的 概 念 

人 体需要 的营养 物质, 主要 是糖、 脂 类和蛋 白质。 它们 进入人 体消化 这后, 均要 分别水 
解 为分子 较小的 物质。 如各种 单糖、 甘油、 脂肪铰 和氨基 &等, 如果 把糖、 ^类、 蛋 白质在 
体外 水解成 消化道 内同样 的水解 产物, 就需要 使用强 ^或强 m 在高 温条 件下, 长时 间水解 

后才能 完成; 而 在消化 道内, 酸碱 度近乎 中性, 温度在 37°C 左右, 经 过几小 时即可 完成。 这 
种水解 过程的 差别, 必是 在消化 道内存 在着某 种物质 作用的 结果。 经多 次实验 证明, 这是由 
于消化 道内存 在着一 类称做 酶的物 质作用 所致。 正式使 用这个 "酶" 名 称是在 1877 年 Ktiline 
提 出的。 

现 已知, 酶是一 类由生 物体内 细胞制 造的、 具有 催化作 用的蛋 白质。 
―、 酶 是一类 蛋白质 

酶具 有蛋白 质所有 的理化 性质和 生物学 性质。 凡能使 蛋白质 变性、 沉淀的 因素, 对酶有 
同样 作用, 使 酶丧失 活性, 并存在 着平行 的关系 。最重 要的证 据是自 1926 年 Sumner 提纯脲 
酶结晶 以来, 至今 已发现 两千多 种酶, 其中 至少有 200 种酶已 制成结 晶酶, 都 证明酶 蛋白的 
基本 组成单 位是氨 基酸, 并具 有一、 二、 三级, 乃至 四级结 构,。 因此, 酶的 化学本 质是蛋 白质。 

由 于酶的 化学本 质是蛋 白质, 按 其化学 组成, 可将酶 分为单 纯酶类 和结合 酶类。 单纯酶 
类完全 由氨基 酸组成 ;结合 酶类由 氨基酸 组成酶 蛋白, 并含 有对热 稳定的 非蛋白 小分子 物质, 
称为 辅因子 (Cof ac to rS )。 酶蛋 白与辅 因子各 自单独 存在时 fbtfi 化活 性, 只 有两者 结合成 
完 整的分 子时, 才有 活性。 此 完整的 分子称 为全酶 (Holoe^^meh 

/ 酶蛋白 

全酶 < / 有机 辅因子 (辅酶 或辅基 

1 辅因子 )、 

<金 属离子 



表 3-1 含有 金属离 子的一 些酶类 



金 属离子 


m 类 


佥; 3 离子 


15 类 




醇 脱氢酴 




细 胞色素 85 类 


Zn** 


碳 酸酐酵 


Fe !+ ^Fe s * 


过 S 化氢酶 




羧 基肽籙 


过氧 ft 物 S5 




酸水 解酵类 




化还 S3 


砩酸转 移薛类 


Cu' + 






精 氨酸解 




细胞 色^? ;化 p 


« 酸转 移薛类 


K + 


vim^^u (iiiffiMg 1 *) 


Mo« + 


黄 S 呤氧化 » 


Na + 


S 胶 ATPSS (也需 和 Mg 1+ ) 



— 52 — 



有 些酶的 辅因子 是金属 离子, 如 K+、 Na+、 Cu 2+ (或 Cu + )、 Zn l+ 和 Fe 2+ (或 Fe 3+ ) 等 
(见表 3-1)。 它们 是酶活 性中心 的组成 部分; 或是 连接底 物和酶 分子的 桥梁; 或是在 形成和 
维 持酶分 子构象 方面所 必需。 

有的酶 含有小 分子有 机物, 如维^ 素 B 族 (见表 3-2)。 它们 常被称 为辅酶 (Coenzyme) 
或辅基 (Prosthetic gro U p)。 辅酶 是指与 酶蛋白 结合不 牢固, 易被 透析的 物质; 辅基 是指与 
酶蛋 白结合 牢固, 不易被 透析的 物质。 它 们承担 着传递 电子、 原子或 基团的 作用。 



表 3-2 某些含 维生素 B 族的 辅酶 (或 辅基) 



转 移基团 


辅酶或 


辅 基 


名 称 


所含 维生素 


g 原子 (电子 ) 


NAD+( 尼 克酰胺 嘌 呤二核 苷酸, 辅 梅1) 


尼 克酰胺 (维 生素 PP 的一 种) 




NADP+( 尼克 酰胺腺 噤呤二 核苷酸 磷酸, 辅酶 II) 


同上 




FMN (黄 素单核 苷酸) 


维生素 B ,(核 黄素) 




FAD (黄 素腺嘌 呤二核 苷酸) 


同上 


羧基 


TPP (焦 磷酸硫 胺素) 


维生素 


酰基 


辅酶 A(CoA) 


泛酸 




硫辛酸 


硫辛酸 


烷基 


钴胺素 辅酶类 


维生素 By 


二 氡化碳 


生物素 


生物素 


氨基 


璘酸 吡哆醛 


吡哆醛 (维 生素 B 8 的 一种) 


—碳 单位 


四 氢叶酸 


叶酸 



通常 一种酶 蛋白必 须与某 一特定 的辅酶 (或 辅基) 结合, 才能 成为有 活性的 全酶。 如果 
该辅酶 为另一 辅酶所 取代, 此 时酶即 表现无 活力。 反之, 一种辅 酶常可 与多种 不同酶 蛋白结 

合, 而组 成具有 不同专 一性的 全酶。 例如 NAD+ 可 与不同 酶蛋白 结合, 组成 乳酸脱 氢酶、 
苹 果酸脱 氢酶和 3- 磷 酸甘油 醛脱氢 酶等。 可见, 决定酶 催化专 一性的 是酶的 蛋白质 部分。 

现 已知, 酶 不仅以 单体酶 (由 一条 多肽链 组成) 存在, 而数量 更多的 酶是由 几个、 乃至 
几十 个亚基 (每 个亚基 为一条 多肽链 ), 以非共 价键连 接成多 聚体而 存在。 后 者又称 寡聚酶 
(Oligomeric enzyme)。 有的寡 聚酶所 含亚基 相同, 如己糖 激酶、 烯醇化 酶等; 有的则 不同, 
如 乳酸脱 氢酶、 肌酸激 酶等。 在 体内还 存在以 几种不 同功能 的酶, 彼 此嵌合 形成复 合物, 更 
利于化 学反应 进行, 如 丙酮酸 氧化脱 羧酶系 (又 称丙酮 酸脱氢 酶系) 和脂 肪酸合 成酶系 (见 
糖代谢 和脂类 代谢章 ), 此 种酶系 称为多 酶体系 (Multienzyme system), 

二、 酶 是在活 细胞内 合成的 

酶是由 外界供 给原料 (如氨 基酸) 在细 胞内合 成的。 当原 料供给 不足, 或 细胞合 成能力 
低 下时, 细胞内 酶的含 量就会 减少。 不同细 胞合成 的酶种 类和数 量可以 不同。 如胃腺 主细胞 
合成 胃蛋白 酶原, 胰 腺细胞 则合成 胰蛋白 酶原、 胰 糜蛋白 酶原、 胰脂 肪酶和 姨淀粉 酶等。 

三、 酶 是生物 催化剂 

催化作 用是指 在热力 学允许 的某一 化学反 应中, 某物 质自身 在反应 前后的 组成、 数量和 
化学 性质保 持原有 状态, 但不改 变平衡 常数, 仅加 违化学 反应的 过程, 起这种 作用的 物质称 

为傥 化剂。 酶是 生物体 内的催 化剂, 它具有 不同于 一般催 化剂的 特殊性 e 其主 要特点 如下。 



— 53 — 



(一) II 是 蛋白质 

如上 所述, 酶具有 蛋白质 所有的 理化性 质和生 fe 学性 质。 在 分离、 提苡、 纯化过 程中, 
应注 意避^ 各种 理化因 素对酶 活性的 影响。 

(二) 酶 泎用的 专一性 

酶 对其所 催化 的底物 具有严 格的选 择性, 称为^ 的专一 性或特 异性。 一般 可分为 绝对专 
—性、 相 对专一 性和立 体异构 专一性 三类, 

1. 绝对 专一性 具有绝 对专一 性的酶 仅作用 于一种 底物, 催化一 种反应 e 例如脲 酶只能 
催化脲 (又称 尿素) 水解 成氨和 二氧化 碳, 而对 尿素的 氯或甲 基取代 物都无 作用。 

2. 相对 专一性 有 些酶的 专一性 较低, 它们能 作用于 一类化 合物或 一类化 学键。 这种专 
一 性称为 相对专 一性。 其 又可分 为族类 专一性 (或称 基团专 一性) 和键专 一性。 前者 对底物 
化学键 两端的 基团有 要求。 例如 a- D- 萄 溏苷酶 作用于 a- 溏苷 键, 并要求 a- 糖苷键 的一端 
必须有 葡萄糖 基团。 因此, 它可 催(七蔗 糖和 麦芽糖 水解。 键专一 性只作 用于一 定的化 学锭, 
而对 键两端 的基团 无严格 要求, 如酯 酶可使 任何酯 键水解 6 

3. 立 体异构 专一性 酶与 底物作 用时, 只作用 于一种 底物的 一种异 构体。 这种现 象相当 
普遍, 几 乎所有 已知的 酶都具 有立体 异构专 一性。 立 体异构 专一性 可分为 DL 立体异 构专一 
性和几 何异构 专一性 e 前者如 乳餃脱 氢酶使 丙酮酸 还原, 只生成 L- 乳^, 不生成 D- 乳钹, 

COOH COOH 

C=0 +NADH + H+ 乳 酸脱氢 HO— CH +NAD + 
CH, CH, 

丙酮酸 L- 乳酸 

后者如 延胡索 ^酶只 似化 反丁^ 二艮 - (即延 胡索 m , 丽对 !!!丁 烯二^ 不 但无催 化作用 , 反而 

受其 仰制。 

HC— COOH ZTiF HO— CH— COOH 

HOOC—CH CH 2 COOH 

反丁 烯二酸 L- 苹果^ 
隐的立 体异构 专一性 说明, 酶与 底物的 结合, 至少冇 三个结 合点。 

(三) 转具有 高度催 化效力 

一般 而论, ^促 反应 速度比 非催化 反应高 10 8 〜10 2(; 倍, 比一般 ^化剂 催化 的反应 速度高 
10 7 〜10 13 倍 (见表 3-3)。 

表 3-3 酶与 一般催 化剂催 化效率 的比较 



底 物 



催化剂 



反 应温度 CC) 



速 度常数 



苯酰胺 
(水解 反应) 

尿索 

(水解 反应) 
过氧化 S 



OH - 

胰糜 蛋白癍 
H, 
R 病 
Fe', 

过氧化 S 酶 



52 
53 
25 
62 
21 
22 
22 



2.4X 10-' 
8.5X 10" 
14.9 

7.4X 10"' 
5. OX 10 s 
56 

3.5X 10 T 



— 54 — 



(四) ^促 反应受 多方面 的调控 

酶是 生物催 化剂, 它本身 也在进 行不断 的新陈 代谢, 其活性 又受多 方面的 调控。 如酶在 
亚 细胞结 构中的 定位, 酶 的变构 和化学 修饰, 酶生物 合成的 诱导和 阻遏, 酶原致 活以及 神经、 
激素等 因素的 调控。 

1981 年, Cech 等 人研究 四膜虫 r- RNA 的 基因转 录时, 发 现在没 有酶存 在下, 进行自 
我 剪接, 产生 成熟的 RNA 分子。 1犯3 年, Atman 和 Pace 两家实 验室通 过合作 研究, 进一 
步证实 RNA 具 有催化 t-RNA 前 体生成 5' 端 成熟的 t-RNA 核糖 核酸酶 P 活性。 这 一发现 
为生 物催化 剂开拓 了新的 领域。 目 前认为 RNA 催化 剂都以 RNA 为 底物, 其 催化效 率比酶 
低。 但 其研究 正方兴 未艾, 有待新 的突破 e 

第二节 酶的催 化机理 



一、 酶 的催化 作用和 活化能 

在任 何化学 反应系 统中, 化学反 ;^的. ^阈 与反应 中底物 分子所 含的能 量是不 同的, 只有 

当底 物分子 (初态 ) 达到 或超过 该反应 能阈所 ^的能 量, 才能 发生化 学反应 a 达到或 超过能 
阈 的分子 (即 活化 分子) 越多, 反应 速度越 决., 

s I »P+ 能 

底物 (初态 ) 活 化分子 产物 



所 需能量 (能阈 ) 

要使反 应速度 加快, 只有供 应反应 体系能 a 使活 化分子 增多; 或 者降低 能阀, 使 活化分 
子相对 增多。 在一 般无 催化剂 参与的 
化学 反应过 程中, 多 采用第 一种 方法; 
在有催 化剂参 与的反 应屮, 则 是降低 
化学 反应的 能阈 (见图 3-0。 能阈降 
低 越多, 活化分 子的相 对数量 越多, 

反 应速度 越決。 而且, ^^0: 某^ 反 

应的效 果要比 一般催 化 剂 的 效果更 
髙。 例如: 

2H 2 2 ~ >2H 2 + 2 
无催化 剂时需 活 化 能 70~76 千 
焦 / 摩尔; 加入 胶态铂 (PO 需 活化能 
49 千焦 / 摩尔; 过氧化 氢酶参 与时, 
需活化 能低于 8 千焦 / 摩尔。 当 反应活 
化能由 70〜76 千焦 / 摩 尔下降 为低于 
8 千焦 / 摩 尔时, 反 应速度 约增加 10 8 
倍。 与无机 催化剂 相比, 反应 速度约 
增 10 a 倍。 可见, 酶的催 化效力 比一般 
催化 剂为髙 。 




产& 



反应 il 程. 



非催化 反应的 活化能 2 — 般催化 剂催化 反应的 活化能 
3 酶 促反应 活化能 

图 3-1 酶 促反应 活化能 的改变 



― 55 一 



二、 酶的 中间产 物学说 

晦 的中间 产物学 说是由 Brown (ISO 2 年) 和 Henri (l^ 3 年) 提出的 。其 学说主 要认为 
酶的 高效催 化效率 是由于 酶首先 与底物 结合, 生 成不稳 定的中 间产物 (又称 中心复 合物, 
Central Complex) 。 然后, 分解为 反应产 物而释 放出酶 。 

S v E v P E: 酶 

ES, 中 间产物 

S: 底物 

\ ES / P: 产物 

. 酶的 中间产 物学说 的间接 证据, 是可 以通过 过氧化 物酶的 实验来 证明的 6 
用吸 收光谱 法测定 过氧化 物酶, 可出 现四条 吸收带 (640nm、 583nm、 548nm、 498nm) , 
其 溶液为 褐色, 加 入过氧 化氢底 物时, 其 光谱吸 收带变 为两条 (561nm、 530.5nm), 溶液变 
为 红色。 此 时如再 加入焦 性没食 子酸, 后 者即被 氧化, 而溶 液又显 褐色, 光谱 吸收带 又恢复 
到 原来的 四条吸 收带。 

^^0,(5)、, 过氧 化物酶 \, 焦性没 食子酸 氧化物 

1 64Q 、 583 ( 褐色) 
548,498 

\ 过氧化 物酶一 H 2 0, >\ 焦性没 食子酸 
561、 530、 5( 红色) 

. 直接 证据是 通过糜 蛋白酶 对对- 硝基苯 乙酸酯 的水解 作用, 得到中 间产物 (在 pH = 3 时) 
乙 銑糜蛋 白酶。 , 

OCO— CH, OH 

I II I 

糜蛋 白酶一 *CH:OH —糜 蛋白酶 CH,0— C — CH,+ y\ 

(195, Ser) I II I [I 



NO, NO, 

对- 硝基苯 乙酸酯 乙酰糜 蛋白酶 对- 硝基酚 

(中间 产物) 

# 为棄蛋 白菌分 子中第 195 个 氨基酸 (即丝 氨酸) 残基的 ft 链羟基 
三、 酶的活 性中心 

酶的催 化作用 是通过 其与底 物形成 复合物 (即 中间 产物) 降低 反应能 阈来实 现的。 酶是 
一个大 分子蛋 白质, 而 底物往 往是小 分子化 合物。 现已 证实, 酶 分子表 面不是 任何部 位都能 
与底 物相结 合的, 只有称 为酶的 活性中 心部位 才能与 底物结 合并进 行催化 作用。 

酶分 子中存 在着许 多功能 基团, 但并不 都与酶 的活性 有关, 其中与 酶活性 相关的 基团, 

称为酶 的必需 基团。 常见的 必需基 团有丝 氨鲛残 基上的 羟基、 半胱 氨酸残 基上的 巯基、 组氨 
酸残 基上的 咪唑基 以及酸 性氨基 酸残基 上的羧 基等。 有些 必需基 团虽然 在一级 结构上 可能相 
距 很远, 但在 形成空 间结构 时彼此 靠近, 集中在 一起, 形成 具有一 定空间 结构的 区域, 能 

与底物 特异地 结合并 将底物 转化为 产物。 这一 区域称 为酶的 活性中 心或活 性部位 (Active 



一 58 一 



site) 对于 结合酶 来说, 辅因子 上某一 部分的 结构, 往 往是活 性中心 的组成 成分, 

酶活 性中心 的必需 基团有 两种: 一 是结合 基团, 其作 用是与 底物相 结合, 使底物 与酶的 
一 定构象 形成复 合物; 另一是 催化基 ^, 它的 作用是 影响底 物中某 些化学 键的稳 定性, 催化 
底物发 生化学 反应并 使之转 变为产 物。' 但 是两者 之间, 没 有绝对 的明显 界限, 结合基 团可能 
也具 有催化 功能, 催化 基团也 有结合 

底物 作用。 还有 些必需 基团虽 然不》 ^ 活性中 心外必 霜 



与 酶活性 中心的 组成, 但却是 维持酶 
活性中 心应有 空间构 象所必 需的。 这 
些 必需基 团称为 酶的活 性中心 外的必 

需基团 (见图 3- 2)。 

由 于酶的 活性中 心与底 物结合 
后, 能 使底物 作用浓 度相对 增加, 易 
于反应 (称 为邻近 效应, Proximity); 
或 使底物 功能基 团受酶 影响, 作定向 
转移 (Orientation), 更有利 于催化 




作用 发生; 或活 性中心 内的催 化基团 图 3_ 2 酶活 性中心 示意图 

提 供质子 或吸收 质子, 呈现 酸碱催 化剂的 作用; 或 形成一 个以共 价键相 结合的 活泼中 间物, 

降低活 化能; 或 使底物 分子中 某些化 学键受 到牵拉 变形而 易断裂 (又称 底物形 变,. Strain, 
Distortioiih 这些因 素相互 配合, 使 催化效 率大为 增加。 

四、 酶的" 诱导 契合" 学说 

关于 底物如 何与酶 的活性 中心结 合成复 合物, 假说 较多。 大多数 人赞同 Koslilaiid 在 
1958 年提 出的" 诱导 契合" 学说。 当酶 分子与 底物接 近时, 酶分子 受底物 的诱导 ,使其 构象发 
生 变化, 以利于 与底物 结合, 结合 成复合 物后, 并促 进底物 发生化 学反应 (见图 3-3)。 




图 3-3 诱导 契合学 说图解 
I : 酶 与作用 物接近 I: 嗨与作 用物诱 导契合 I: 作 用物分 子过大 !^: 作 用物分 子过小 

此学 说 已得到 X 线衍射 分析 的 支持。 
五、 酶 原及酶 原致活 

有些酶 在细胞 内合成 或初分 泌时, 只 是酶的 无活性 前体, 必须 在某些 因素参 与下, 水解 



^一 个或几 个特殊 的肽绽 ,从 而使^ 的钩 象发生 改变^ 表 现出酶 的活 性。 此种前 体称为 酶^, 
此种 过程称 为酶原 致活。 实 质上, 就是酶 的活性 中心形 成或暴 露过程 e 例如, 胃蛋 白酶、 ^ 
蛋 白酶、 胰 糜蛋白 酶等, 在它 们初分 泌时, 都是 以无活 性的酶 原形式 存在, 在 某些因 素参与 
下, 转 化为相 应的酶 5 . 

胃蛋 白酶原 ^1^1 f H —胃 蛋白酶 + 六个多 肽片段 

* 胰蛋白 酶原- ^^^Mi— 胰 蛋白酶 + 六肽 
. ' 胰糜蛋 白酶原 一 聘蛋 白晦或 歷磨運 ,i 一— 胰糜 蛋白酶 + 两个 二肽 

羧 基肽酶 A 原一^ —羧基 肽酶 A + 几 个碎片 

胰蛋白 原进 入小 肠后, 在 Ca 2+ 

存在 下受肠 激酶的 致活, 第 6 位赖氨 ― 
酸与第 7 位异亮 氨酸残 基之间 的肽键 Val"Asp-Asp-A S p-Asp-Ly r nu-V a l-G!y'-Tyr-His^Asp a . 

被 切断, 水解 开一个 六肽, 分 子构象 : | ! 




胰蛋 白麻琅 



肠 &m 



六肽 
^〜 



» 活 性中心 



Vul-A sp-Asp-Asp -Asp-Lys 




— s 



K£ 白 ft' 



发生 改变, 形成 酶活性 中心, 从而成 
为有 催化活 性的胰 蛋白酶 (见图 3 - 4)。 
糜蛋白 酶原分 泌入小 肠后, 在胰 

蛋白 酶水解 下生成 n 糜蛋 白酶 e Jt 糜 
蛋白 酶已呈 现酶的 活力, 但不稳 定 ; 可 
在糜 蛋白酶 自身催 化下, 进一步 水解, 
释 放出两 个二肽 分子, 即丝氨 酰精氨 

^ (14〜15)、 苏 氨酰天 冬酰胺 (147〜 
148), 从 而形成 由丝氨 酸残基 (195)、 
组氨 酸残基 (57) 及 天冬氨 酸残基 
(102) 组成 的活性 中心, 以及 一个允 图 3-4 胰蛋白 酶尿的 激 活作用 

许带 芳香族 的底物 (如酪 氨鲛、 色' 氨酸、 或苯丙 氨钹) 或 带一个 较大非 极性脂 肪族链 的底物 

(如蛋 氨酸) 进入的 专一 性部位 (见图 3 - 52、 S3-5b, 图 3 _6)。 

酶原 致活具 力' 筻要 的生理 意义。 它能 保护^ 化道 不因酶 的水解 作用而 遭破坏 。 血 浪中凝 
血因 子以酶 原形式 存在, 即可避 免血液 在血管 内流动 时发生 凝固。 



12 y 




^糜 蛋白 




图 3-5a 胰糜蛋 白酶^ 的敛 活过程 示意图 
二 eta t, ^ 蛋白 S5 的泎; II 点 C,. Cj. C 3: 胰 ^ 蛋 白羝自 身激活 作用点 



— S8 — 



102 n :i4 g u 9 

图 3-5b 激活后 的睽^ 蛋白酶 
(示活 性中心 的组氮 酸」 7 丝氨 酸残基 二 硫键) 




m 3-6 糜蛋白 ^催 化过程 示意同 



第三节 酶 促反应 动力学 

酶 促反应 动力学 是研究 酶促反 应速度 (通常 是指初 速度, 因其所 涉及的 干扰因 素少, 易 
于 处理) 及对其 影响因 素的科 学 5 为了解 ^在代 谢中的 作用和 ^物 的作用 机理, 需要 掌握晚 
^反^ 速 度变化 规律。 因此, 研 究酶促 反应动 力学具 有重要 &义。 

影响 酶促反 应的因 素有: 酶 浓度、 底物浓 &、 M 度、 酸碱度 (PH) 、抑制 剂和激 动剂等 e 
在研究 某一因 素对酶 促反应 速度影 响时, 应保持 K. 他因; ^不 变, 单^ 改变待 研究的 因^。 

一、 酶浓 度对酶 促反应 的影响 

一 -般惜 况下, 底 物浓度 远较酶 的浓度 为高, 这时 增加? 浓度, 酶 促反应 速度也 相应的 

加快, i 成正 比关 g (]2.^2-7), 





的浓度 Kra 【s】 

图 3-7 酶浓 度与反 应速度 的关系 图 3-8 酶 反应速 度与底 物浓度 的关系 



1, 2 代 表两种 不同的 睇 
二、 底物浓 度对酶 促反应 的影响 

在酶 浓度不 变的情 况下, 底物浓 度对反 应速度 作图呈 现矩形 双曲线 (见图 3-8)。 在底物 
浓度较 低时, 反应速 度随底 物浓度 的增加 而急骤 加快, 两者 呈正比 关系, 表 现为一 级反应 
(a 段)。 随着 底物浓 度继续 升高, 反 应速度 不再呈 正比例 加快, 而其增 加的幅 度却不 断地下 
降, 表 现为零 级与一 级的混 合反应 (b 段)。 如果再 继续增 加底物 浓度, 反应速 度不再 增加, 
表 现为零 级反应 (c 段), 说明此 时酶分 子已被 底物充 分结合 达到饱 和状态 。所 有的酶 都有此 
饱和 现象, 只 是达饱 和时, 所 需底物 浓度各 不相同 而已。 

为 了说明 底物浓 度与反 应速度 之间的 关系, 1913 年 前^, Michaelis 和 Menten 两氏提 
出了 一个方 程式: 

rj _ v m "〔s〕 

K m +〔S〕 

式中 V m , x 为最 大反应 速度, 〔S〕 为底物 浓度, K m 是米 氏常数 (Michadis constant), v 
是底物 S 在不同 浓度时 的反应 速度。 当底物 浓度为 极低水 平时, 〔S〕《K ra , 〔S〕 可忽略 不计, 

m y^^~〔S〕, 反应速 度与底 物浓度 呈正比 ,符 合一级 反应。 当底物 浓度于 极高水 平时, 

〔S〕》K m , !匚值 可忽略 不计, 则^ V m 〔^〔〕 S 〕 (HPt;^V max ), 此时反 应速度 达最大 速度, 

底物 浓度已 不再影 响反应 速度, 符 合零级 反应。 
*(-) 米一 S 氏方 程式 的推导 

米一 曼氏方 程式提 出后, Briggs 和 Haldane 又加以 补充和 发展, 其推 导过程 如下, 
从 酶被底 物饱和 的现象 出发, 按照中 间产物 学说的 设想, 酶 促反应 可分两 步进行 * 
第 一步: 酶 E 与底物 S 作用, 形 成酶一 底物中 间产物 ES. 

k +I 

E + S— ES (1) 
k., 

第 二步: 中 间产物 分解, 形 成产物 P, 释放出 游离酶 E. 



— 60 — 



ES— P+E (2) 

这两步 反应都 为可逆 反应, k +1 、 k. u k +I , 和 k- 2 分别为 各方向 的反^ 速度常 数, 

由于 酶促反 应的速 度与酶 一底物 中间物 ES 的形 成及分 解直接 相关, 所 以必须 先考虑 ES 的形成 速度和 

分解 速度。 Briggs 及 Haldans 的发 展就在 于指出 ES 的 i: 不仅与 (0 式平衡 有关, 有 时还与 (2) 式 平銜有 

关, 不能一 概都把 (2) 式略去 不计。 

ES 的生成 量来自 E + S 和 E + P, 但其中 E+P 生成 ES 的速 度极慢 (尤其 在起始 阶段, P 生成很 少), 故 

可忽略 不计. 又 因底物 浓度超 过酶的 浓度, 即 〔S〕》〔E〕 时, 中间物 ES 中的 S 浓度 与总底 物浓度 相比, 也是 

小 得可以 不计. 因此, ES 的生成 速度可 用下式 表示. 

d 〔f t S 〕 =k+,(〔E〕-〔ES〕).〔S〕 (3) 

其中 〔E〕 为总酶 浓度, 〔ES〕 为中 间产物 浓度. 〔E〕 — 〔ES〕 为 游离酶 浓度, 〔S〕 为底物 浓度. ES 的分 
解速 度为: 

一 d;ES〕 =k iC ES) + k +2 CESD (4) 
at 

当 反应体 系处于 动态平 衡时, 即 ES 的 生成与 分解速 度相等 (即 恒态时 ), 则 (3) 式等于 (4) 式. 
k + i(CED-CESD)-CS^ = k_,CES) + k +J CES) 

k_, + k +2 ― (〔E〕 — 〔ES〕).〔y— (5) 



移项, 得 



k +I 〔ES〕 
令 K m = — 1 _ k L^' 一, 并代入 (5) 式, ^ 

K ― (〔E〕-〔ES〕).〔S〕 fR . 

IV m ^gg-^ * 



〔 ES 〕=- H (?) 



因为酶 的反应 速度" 与!: ES〕 成 正比, 故 ' 

y=k +2 〔ES〕 (8) 

将 (8) 式代入 (7) 式 

K m +〔S〕 w 

当底物 浓度很 髙时, 所有 酶分子 都与底 物生戍 ^间物 (〔E〕==〔ES〕), 反 应速度 达最大 速度, 即 

Vm ax =k +! 〔ES〕 = k +2 〔E〕 (10) 
将 (10) 式代入 (9) 式, 即得 

"一 Vm» x *〔S〕 /• i\ 

K m +〔S〕 

这个 方程式 表明了 当巳知 K„J^V m , x 时, 酶反 应速 度与 底物浓 度之间 的定量 关系. 
在 米氏方 程式推 导中, 曾 假定逆 反应可 被忽略 不计, 但 实际上 S 和 P 总是 同时存 在的. 它们分 别与痺 
的 活性中 心进行 竞争性 结合, 哪个物 质浓度 越髙, 与酶 的活性 中心亲 和力 越大, 在 该方向 反应的 Vm„ 越大. 
有 些酶促 反应的 高底物 浓度并 不能导 致反应 速度达 到最大 速度. 反而 促使曲 线向下 弯曲, 抑制 丁誨促 



反应. 一 般认为 底物必 需按一 定取向 与酶结 合成中 间物。 在离汰 度 底物情 况下 相互 千扰, 造 成不正 确的取 

向, 会影 响底物 与酶分 子的正 确结合 (图 3-9、 图 3-10)„ 




图 3-9 高 底物浓 度时速 度曲线 下弯图 图 3-10 底物 抑制作 用机理 



it^h, 高 浓度底 物也可 与一些 辅因子 (如 金属 离子) 结合而 降低酶 促反应 速度。 如 果酶溶 液中含 有能与 
底物 结合的 杂质, 或含有 一种以 上底物 的多底 物酶促 反应, 或 存在两 种不同 构象的 酶等, 都 会呈现 S 形曲 
线, 而不符 合米一 曼氏方 程式. 
(二) 米 氏常数 的意义 

当 酶促反 应处于 " = +V mix 时, 可从 米-曼 氏方程 式得到 K m =〔S〕。 由此 可知, K m 值等 

于酶促 反应速 度为最 大速度 一半时 的底物 浓度。 它的单 位与底 物浓度 一样, 是摩尔 / 升 (mol/ 
L)。 

米 氏常数 是酶学 研究中 一个极 重要的 数据, 其意义 如下: 

① K m 值 对某一 特定酶 来说是 个常数 (见表 3-4)。 它与, 酶的 性质、 酶的底 物种类 和酶作 
用时 pH、 温度 有关, 而与 酶的浓 度无关 。 故在 报告酶 的!^^ 值时, 必须注 明实验 条件。 

表 3-4 — 些酶的 K„ 值 



m 


底 物 


Km(mM) 


酶 


底 物 


Xm(mM) 


过 氧化氢 BI 


H 2 0, 


25 


谷氨 酸脱氢 SI 


谷氨酸 


0. 12 


脲 n 


尿素 


25 




a- 酮 戊二酸 


2.0 


己 糖激癣 


葡萄糖 


0. 15 




NAD + 


0. 025 




果糖 


1.5 




NADH+H+ 


0.018 


蔗糖 癍 


蔗糖 


28 


肌 酸激酶 


肌酸 


0.6 




棉子糖 


350 




ADP 


19 


康蛋白 痺 


N- 苯 甲酰酪 氨銑胺 


2.5 




磷 酸肌酸 


5 




N- 甲酰酪 氨酰胺 


12.0 


乳酸 脱氢酶 


丙酮酸 


0.017 




N- 乙酰酪 氨酰胺 


32.0 


丙兩酸 脱氢酶 


丙兩酸 


1.3 




甘 氨酜酪 氨酰咹 


122.0 


G-6-P 脱氢酶 


ffi 萄糖 磷酸 


0.058 


碳 酸酐醇 


HC0 3 - 


9.0 


璘 酸己糖 异构酶 


葡萄糖 -S- 磷酸 


0.7 



可以利 用酶的 K m 值比较 来源于 同一器 官不同 组织, 或同一 组织不 同发育 期的具 有同样 
作用 的酶, 来判 断这些 酶是完 全相同 的酶, 或 是催化 同一反 应的一 类酶。 



② K m 值等于 k-i^k+s , 当 即 ES 解离成 E 和 S 的速 度超过 分解成 E 和 
P 的速 度时, k +2 可以 忽略 不计, 此时, K ffl 值 近似于 ES 的解 离常数 K, (底 物常数 ), 在这 

― 62 一 



耔情 况下, K m 值可用 来表示 酶与底 物的亲 和力。 

K 一 k- t ― 〔E〕〔S〕 — K 

K "~"XT" 〔ES〕 
!^值 越大, 酶 与底物 亲和力 越小; K a ' 直 越小, 酶与底 物亲和 力越大 。一 个酶如 有几珅 

底物, 就有几 个!^ 值。 其中 冗„值 最小, 最大者 是对酶 亲和力 最大^ 底物, 一般称 

为天然 底物或 鼓适 底物。 K m 值随 不同底 物而 异的 现象, 可以 帮助判 断酶的 专一佺 ,有 助于研 
究酶 的活性 中心。 

③可 由所要 求的反 应速度 (应 到达 的百分 比), 求出 应当^ 入底物 的合理 浓度; 反 
之, 也可以 根据已 知底物 浓度, 求出该 条件下 的反应 速度 a 

如要求 反应速 度到达 V mix 的 99% , 其 底物浓 度应为 _ 

9 。 参. 1。0%〔S〕 



K m +〔S〕 
99%K m +99%〔S〕 = 100<?&〔S〕 
〔S〕=99K m 

如 巳知底 物浓度 〔S〕 等于 10K D , 别其 所荽求 的反应 速度, 到 达 的百分 比应为 

, = 10K =0<91 
L -、 K m +10K m 

® 酶不仅 与底物 结合, 也可与 其他配 体结合 (如激 动剂、 抑^ 剂) 而影响 KJiU® 此, 
如果发 现某种 在体外 测定的 K m 值与体 内差别 较大, 可 以预料 体内可 能存在 着天然 激动剂 
降低了 K m 值或 抑制剂 提高了 K m 值, 同 时也可 用不同 物质对 K m 值的 影响, 识别生 理上有 
重要意 义的调 节物。 

(三) 米 氏常数 的求法 

从底物 浓度与 酶促反 应速度 关系图 可知, 即 使用高 浓度底 物也只 能得到 趋近于 V mix 的反 
应 速度, 而 达不到 真正的 V mi "因此 ,很 难准确 地测得 K m 值。 为了准 确测得 K m 值, 将 米-曼 
氏方程 式略加 改变, 使 它成为 相当于 y-ax + b 的 直线方 程式, 然 后用图 解法求 Km 值。 

1. 双倒数 作图法 它是将 米-曼 氏方程 式等号 两边取 倒数, 以+ 对一^ |y 作图, 求 仄^值 
和 7 值 (即 V m , x 值, 以 下同) 的 方法。 此双倒 数方程 式称为 林-贝 (Lineweaver-Burk) 方 

1 K m 1,1 



V 〔s〕 V 



(12) 



+对- 〔iyf〉^ 得一 直线, 其斜率 是% ",在 纵轴上 的截距 为+, 橫轴上 的截距 为"^ 
(见图 3-11)。 

2. y 对^ 作图法 (Woolf Augustinsson Hofstee 法) 它 将米- 叟氏方 程式改 写成: 



图 3-11 双例数 作图法 



m 3-12 "对 ^|_〕 作图 



"对^ y 作图 也得一 直线, 其纵轴 截距为 V, 橫轴截 距为^ -, 斜率为 _K m (见图 3 -12) 

此作 图法因 ^ 不取 倒数, 更适于 y 值测 定误差 较大的 实验。 
*( 四) 多底物 8 侄反应 

虽然上 述酶促 反应是 以一种 底物设 想的, 但 实际上 大多数 酶促 反应都 包含一 种以上 底物. 多底 物的浓 
度对酶 促反应 速度的 影响比 单底物 复杂, 不能 用米一 曼氏方 程式来 表示。 它不 仅要考 虑到多 种底物 浓度的 
澎响, 而 且还要 考虑多 种产物 的抑制 作用, 更 要考虑 反应类 型的差 异.. 目前认 为大部 分双底 物反应 可能有 
三 种反应 类型: 

1. 依次反 应机理 (Ordered Mechanism) 酶 E 与底物 A 和底物 B 结合 是按 次序进 行的, 只有酶 E 
与底物 A 结合 后, 才能 与底物 B 结合。 其生成 的产物 也是按 次序释 放的, 先 P 后 Q. 



E 



A 
I 



E 



EA (EAB^^EPQ) EQ ~ 
需要 NAD+ 或 NADP+ 的脱 1; 酶 (E) 反应即 属于此 类型。 例如乙 醇脱氢 酶先与 NAD+ (作 为底物 A) 结 
合成 EA, 后者再 与乙醇 (底物 B) 结合, 产生氧 化还原 反应, 先 释放产 物乙醛 (产物 P) , 后释 放产物 
NADH (产物 Q), 这种 次序是 固定不 变的, 



E 



NAD* CH a CH,OH CH 3 CHO NADH+H+ 

_ 1 i_ t T 

E^NXD* ~ E~NAD^-^CH7CH 2 OH^E (NADHTlF) 
E-(NADH + H + )-CH 3 CHO 



E 



2. ^tJLtHS (Random Mechanism) 

次 序都是 随 机的. 



酶 与底物 A 和底物 B 结合的 次序, 生 成产物 P 和产物 Q 的释放 



E- 



A B 
i _1 

/EA"\ 



TEB T 
B A 



/ EAB^EPQ - ' 





一" 一 



佝如遴 酸化酶 对溏原 的分解 作用。 磷 酸化酶 既可先 与磷酸 (Pi) 结合, 后 与搪原 结合; 也 可先与 糖原结 
合, 后 与硤酸 (P0 结合, 其 产物释 放次序 同样也 可任意 先释放 葡萄糖 -1- 磷酸或 是糖原 (比原 来糖原 少一个 
葡萄糖 的糖原 分子) 

Pi 糖原 (Gn) 糖原 (Gn—i) G-l-P 
i i t T 

\ / 



E—〈 



糖原 (Gn) Pi 



1 



G-l-P 糖原 (Gn—i) 

3. 乒乓反 应机理 (Ping Pong Mechanism) 在此反 应中, 酶 E 与底物 A 和底物 B 不形成 EAB 三元 
复 合物. 当 E 与底物 A 结合 生成 EA 后, 将底物 A 中一 个功 能基团 转移到 酶分子 E 上生成 E', 底物 A 转变成 
产物 P 而波 释出。 E' 又 与底物 B 结合 生成 E'B, 然后 转变成 EQ 而释 出产物 Q. 



E 



A 
i 



•E'P 



1L' 



E'B, 



厂 E— Q— 



Q 

丄 — E 



转 氨酶是 一个典 型的乒 乓催化 反应. 转氨酶 首先与 氨基酸 (底物 A) 作用, 产生 中间物 EA, 其 辅酶中 
的硖 酸吡哆 醛变为 磷酸吡 哆胺, 酶 E 转变成 E', 释放出 ot- 酮酸 (产物 P). 然后 E' 再与 另一个 a 酮酸 (底物 
B) 作用, 将氨 基转移 给底物 B, 生成 EQ。 最后 释放出 相应的 氨基酸 (产物 Q). 如 谷丙转 氨酶的 催化过 

丙氨酸 —^E- 丙氨酸 < E'- 丙酮酸 ^\ 丙酮酸 

t I 



三、 温 度对酶 促反应 的影响 



一 般说, 在 低温状 态下, 升高 温度可 加速化 学反应 进程。 由 于酶的 化学本 质是蛋 白质, 
当温 度超过 一定范 围时, 蛋白质 分子随 温度升 
高, 逐渐发 生结构 紊乱而 变性, 最 后丧失 活性。 
为了 使酶促 反应达 到最高 速度, 又使酶 处于未 
变性 状态, 就 要选择 一个最 适温度 (图 3- 13)。 
人体内 多数酶 的最适 温度为 37 1 ;〜 40 1C 之间, 
6010 开始 变性, 801C 以上几 乎全部 失活。 当酶 
促反 应的温 度低于 最适温 度时, 温度 每升髙 
10'C ,反 应速度 可增快 1〜2 倍。 如降低 温度, 可 
随温度 下降而 酶活性 降低。 但低 温不会 使酶破 
坏, 温度回 升时, 酶活 性又可 恢复。 临 床上低 
温麻^ 即利 用酶的 这一性 质以减 慢细胞 代谢速 
度, 从 而提高 人体对 氧和营 养物缺 乏的耐 受性。 

酶 的最适 温度不 是酶的 特征性 常数。 它可 
随反应 时间的 延长或 缩短而 改变, 如需 延长反 
应 时间, 可 降低反 应最适 温度: 反之, 则可适 当提高 最适温 度* 




« 适? 2 度 

图 3-13 温度 与酶反 应速度 的关系 



— 65 — 



ph 对酶 促反应 的影晌 

酶促 反应要 求其作 用环境 保持一 定的酸 碱度。 这 是由于 酸或碱 可以使 酶的空 间结构 玻坏, 
引 起酶活 性的可 逆或不 可逆的 丧失; 或 影响底 
物的 解离状 态或酶 活性中 心的结 合基团 和催化 '/^^'\ 



低, 甚 至变性 失活。 因此, 在测 定酶活 性时, 要选 择适当 的缓冲 溶液, 控制酶 的最适 pH, 以 
保持 酶活性 的相对 恒定, 

酶 的最适 PH 也不是 酶的特 (正性 常数, 它 受底物 浓度、 缓冲 液的种 类和浓 度以及 酶的纯 
度 等因素 影响。 

五、 抑制 剂对酶 促反应 的影响 

凡能使 酶活性 下降而 不引起 酶蛋白 变性的 物质, 称为 酶的抑 制剂。 由仰制 剂引起 酶促反 
应 速度下 降的, 称 为抑制 作用。 按照抑 制剂作 用方式 不同, 可 分为两 大类: 不 可逆抑 制作用 
和可 逆抑制 作用。 

(一) 不 可逆抑 制作用 

抑 制剂与 酶的某 些必需 基团以 共价键 的方式 结合, 引起 酶活性 丧失, 又 不能用 透析、 超 
滤等 方法除 去抑制 剂而恢 复酶活 性的, 称 为不可 逆抑制 作用。 按 其作用 的底物 选择性 不同, 
不可 逆抑制 剂又可 分为专 一性和 非专一 性两类 。 前 者往往 根据底 物的结 构或酶 的催化 过程丽 
设计, 它仅与 活性^ 位的有 关基团 反应: 因此, 可以 判断仰 制剂^ 否作用 于活性 部位。 后者 
则可以 与一类 或几类 S 团 反应, 用来了 解一个 酶有哪 些必需 基团, 并推 测酶的 构象。 

例如, 专 一性仰 ^剂 有机磷 化合物 (敌 百虫、 敌 敌畏、 等), 它 们能与 许多酶 (如胆 
碱酯 酶等) 的 活性中 心丝氨 酸残基 上羟基 结合而 失活。 



胆 碱酯酶 是催化 乙酰胆 碱水解 的羟 基酶, 该酶 失活, 乙 酰胆碱 在体内 堆积, 引起 胆碱能 
神 经兴奋 性增强 的中毐 症状。 一般用 解璘定 ( 2 - PAM-I) 或 鉍磷定 ( 2 -PAM-Cl), 它们分 

子 中均含 有负电 性较强 的肟基 (一 C==NOH), 可以 与有机 磷的磷 原子发 生亲核 反应, 从而 
夺 取已经 与胆^ 酯酶结 合的磷 酰基, 解除有 机磷对 酶的抑 制作用 (即重 活化作 用)。 



基团 的解离 状态, 从而使 底物与 酶不能 结合或 
不能 转化为 产物。 使酶 与底物 结合量 最大, 酶 
促反应 最快的 PH 值, 称为酶 的最适 pH (图 
3 - 14)。 不 同种类 的酶具 有不同 的最适 P H, 如胃 
蛋白酶 的最适 pH 约为 1.3, 在 临床上 使用胃 
蛋白 酶时, 常与 稀盐酸 同服, 精 氨酸酶 的最适 
pH 约为 9.8 : 但大 多数酶 的最适 pH 在 6.5〜 
8,0 之间。 PH 值过高 或过低 都会^ 酶的 活性降 




图 3-14 pH 和 酶活性 的关系 



R0 \ P , 

有机磷 化合物 



+ HO— E ~ > 



胆 碱酯酶 




一 66 — 



-CH=NOH + EO— P=0 
OR' 



y\ OR 

I }—CH=NO _ p =0 + E— 

、m/ I 



OH 



OR' 



CH,I CH.I 

解磷定 (2-PAM-I) 被 有机璘 PAM- 有机磷 恢复活 

(吡啶 -2- 醆肟甲 基碘) 抑 制的酶 复合物 性的酶 

又 如低浓 度重金 属离子 (Hg 2+ 、 Ag+、 可以 与酶活 性中心 上半胱 氨酸残 基的巯 
基 结合而 失活。 



E 



\SH 



汞离子 失活的 酶分子 
这 种失活 作用可 被二巯 基丙醇 (BAL) 解毒, 使酶恢 复活性 。 
CH t SH CH,S 



卜 E < s s 〉 Hg 



SH 



\ 



+ CH— 
\SH I 



Hg 



CHSH 

I 、S, N SH 

CH,OH CH.OH 

二巯 基丙醇 失活的 酶分子 复活 酶分子 
非专一 性不可 逆抑制 剂大体 可归纳 如下表 (表 3 -5)。 
表 3-5 非专 一性不 可逆抑 制剂类 别和作 用基团 



类 别 


作 用基团 




II 

酸 化试剂 R — C—X 


— 0H , — SH . 一 N H , , — 〈 〇 〉— 0H 


垸 化试剂 R — X 


1 N— R 

— NH,.— SH.— COOH.— CH,S-CH,» 

\ N , 



1 

含 有活泼 H\^C\ 

J N - CH,CH, 
双 键试剂 H^Xc, 

n 




-SH.-NH, 


NO, 

亲电 子试剂 O t N— C— NO, 
N0» 


-^O^-OH 


氣 化剂、 光« 化等 


- SH 、一 CH,SCH,, 1 1 , J I! / Q \ _oh 


还厣剂 


— s — s — 


(二) 可 逆性抑 制作用 

此类 抑制剂 与酶是 以非共 价键结 合的, 可用 透折、 超 滤等方 法除去 6 其又 可分为 三类: 竞 



— 67 — 



争性 抑制、 非^ 争性抑 制和反 竞争性 仰制。 

1. 竞 争性抑 制作用 由 于抑制 剂在结 构上常 与底物 相似, 可同底 物竞争 性地与 酶的活 
性 中心同 一部位 结合, 而 妨碍底 物与酶 结合; 或抑 制剂与 底物、 虽 与酶结 合位置 不同, 但由 

于 空间障 碍使得 底物和 抑制剂 不能同 时结合 到酶分 子上, 不 能生成 EIS 三元 复合物 , 这种 
作用称 为竞争 性抑制 作用。 因此, 抑制 剂与底 物结构 类似或 两者结 合在酶 的同一 位点, 并不 
是 竞争性 必备的 条 f 牛。 兗争 性抑制 的典型 例子是 丙二酸 对琥珀 酸脱氢 酶的抑 制作用 , 其抑制 
程 度决定 于抑制 剂 (丙 二酸) 与底物 浓度 的相对 比例。 如增大 琥珀酸 浓度, 则抑制 减弱; 如 
增大 丙二酸 浓度, 则抑制 增强。 

其抑 制 作 用可用 下 列反应 式表示 : 

E + S^ES ~ >E+P 

+ 

I 

JfKi 

EI (非 共价键 结合) 



为抑 制剂。 K, 为抑制 常数, 其 值等于 



酶与抑 制剂结 合形成 复合物 EI 后, 就 



不能 与底物 S 结合, 再生 成产物 P。 

按米- 曼氏 方程 式推导 方法, 可投导 出兗争 性抑制 剂浓度 、底 物浓度 与反应 速度之 间的动 
力学 关系。 

v'〔s〕 



Kmf 1 ..卜 - ^ -I 〕 

\ iV ! 



+ 〔S〕 



(14) 



其双 ©li 方程 式为: 



丄 =々( H — 
v V \ 



d: + v ( 15) 



cn 

从 方程式 (15) 和图 3-15 可知, 竞 争性仰 制有以 下几个 特点: 

© 〔I〕 值 越高, W 直越 小, 反 应速度 越慢。 

② 虽有 抑制剂 存在, 但 增加底 物浓度 〔s〕, 反 应速度 i^i 增快。 ia 大速度 v 不因 抑制 m 
存在而 改变。 . • 




— 68 — 



(D !^值 反映^ 与抑制 ^的 亲和力 *K, 值鱸 小,^ 与抑制 剂亲 和力越 大; K, 值越大 ,^与 
抑制剂 亲和力 越小。 

© 所有竞 争性抑 制剂最 重要的 特点是 K m 值随 〔 I 〕 的 增加而 增加, 而 V 不变。 此1^» 值称 
为表观 1^值 (或 KST, Apparant of k m ) t 不 是一个 恒定的 常数。 有 些抑制 剂虽然 结构不 
与底物 相似, 但在动 力学上 表现为 竞争性 抑制。 

竞争 性抑制 在医药 上十分 重要。 如磺 胺类药 物的结 构与某 些细菌 生长、 繁 殖所必 需的对 
氨 基苯甲 酸结构 类似, 后者 在二氢 叶酸合 成酶作 用下合 成二氢 叶酸, 再 转变成 四氢叶 酸参与 
一碳单 位代谢 (详见 蛋白质 代谢章 ), 磺胺药 则竞争 性地与 二氢叶 酸合成 酶结合 ,阻止 对氨基 
苯甲 酸与酶 结合, 从而抑 制细菌 生长、 繁殖。 



H,N 




;一 C 一 OH 



NH, 



磺胺 对氨基 苯甲酸 

许多抗 代谢物 和抗癌 药物, 几 乎都是 竞争性 抑制剂 (表 3-6)。 

表 3 - 6 某些药 物或其 体内代 谢物对 酶的竟 争性抑 制作用 



药物 (抑 制剂) 



被 抑制的 » 



竞 争底物 



lifii* 应用 及钒理 



祯胺药 



二 釭 叶酸 合成^ (细菌 ) 



对氨 基苯甲 8 



抗 菌作用 (抑 制四 ^ 叶酸 合成) 



氨基 蝶呤 

S 甲蝶吟 (MTX) 



二 氢叶酸 还原^ 



B-JK 尿 « 啶 (5-FU) 



尿 ^啶核 苷^^ 化 SI 
胸腺^ 啶 抆苷磷 酸化酶 



5- 氟 HI 嘧 啶脱氡 核苷酸 
(o'-5FUMP) 



6- 琉 基嘌呤 (6-MP) 



6- 琉代次 黄嚓呤 核苷酸 
(Thio-TMP) 



胸 啶核苷 酸合成 K 



二 氢叶钹 



尿嘧? I 
胸 (腺) 嘧啶 



i'i 白血病 (抑 制四 氢叶酸 合成) 



抗 Sff 用 (抑制 按苷酸 合成) 



尿嘧啶 脱試 核苷^ 



抗痛 作用 (抑! KDNA 合成) 



次黄 嚓呤鸟 © 呤^ 酸 核糖转 
移磨 



次黄 嘌呤、 鸟嘌呤 



次黄 嚓呤核 苷酸脱 S 酶 腺 
苷酸代 琥珀齩 合成酵 



次 黄嘌呤 核苷酸 



抗 白血病 (抑制 核苷酸 合成) 



抗 白血病 (抑制 核苷酸 合成) 



别 嚓呤醇 



黄嚓呤 氧化酶 



黄 嘌呤、 次 黄璨呤 



£- 氨基 3 酸 



纤溶酶 



-赖氨 酰氨基 酰- 



抗痛风 (抑 制尿酸 生成) 



止血、 抗纤溶 (抑 制纤溶 SS) 



苯丙胺 
^黄? S 



单胺 氧化酶 



肾上 腺素. 去甲肾 上腺素 



中 枢兴奋 (拟 交感) 抗哮喘 



2. 非竞 争性抑 制作用 

此 类抑制 剂与酶 活性中 心以外 的部位 可逆地 结合, 并不影 响底物 与酶的 活 性中心 结合, 
也 不影响 酶-底 物的复 合物与 抑制剂 的结合 (见图 3-16)。 但其作 用是使 底物、 酶、 抑制剂 
三 者结合 形成的 复合物 (EIS), 不 能生成 产物。 这种 抑制作 用称为 非竞争 性抑制 作用。 如麦 
芽 糖抑制 a- 淀粉 酶对淀 粉的水 解作用 • 、 

其抑 制作用 可用下 列反应 式表示 

E+S^ES ~ >E+P 
+ + 
I I 

jr $ 

EI+S^ESI 



— «9 — 



^ ft 争性抑 制? Rl I 



# 竞争性 抑制剂 
乂 



ESS 合物 EI 复合& ESIft 合物 

图 3-16 酶与 底物或 抑制剂 结合的 中间物 



其双 倒数方 程式为 




图 3-17 非竞、 争性抑 制曲线 
从 方程式 (16) 和图 3-17, 可知非 竞争性 5fp 制 作用的 点是: ① 有 非竞争 性抑制 剂存在 
时, K m {t 不变, 表示 底物与 酶结合 不受抑 制物的 影响; 如 1^ 1 »值 不变而 V 减小, 其 斜率随 

〔I〕 的 增加而 加大, 且是 无抑制 剂时的 + 倍。 ② 在非竞 争性抑 制中, 仅提 高底物 



浓度, 不 能使反 应速度 到达无 抑制剂 存在时 的最大 速度, 说明其 反应速 度受^ 的 影响, 而 

不受 〔s〕 的影 响。 

3. 反竞 争性抑 制作用 

有的 抑制剂 仅与酶 和底物 形成的 复合物 结合, 使 复合物 ES 的量 下降, 如此, 既阻 碍产物 生成, 又阻止 
底物 游离。 此抑制 作用称 为反竞 争抑制 作用. 

E+S^'ES^^P + E 
+ 
I 
I 

ESI 

其双 倒数方 程式为 



— 70 — 



( ^小) 



图 3-18 反竞 争性抑 制曲线 



TTs, + "T( 1 + k ) 



(17) 



〔I〕、 



从 方程式 (17) 和图 3-18 可知, 在 反竞争 抑制作 用下, K„^nv 都变 小, 分 别除以 (i + J^), 各 条直线 
的 斜率都 栢同. 此种抑 制作用 多发生 在双底 物和多 底物反 应中。 偶见 于酶促 水解反 应中, 如 L- 苯丙 氨酸对 

肠碱性 磷酸酶 的抑制 作用。 

现将 三种竞 争性抑 制作用 列表对 比如下 (见表 3-7)。 

表 3-7 三 种竟争 性抑制 的比较 



类 型 


公 式 


斜 率 


纵 轴截距 


横 铀截距 


Km 


V 


无 抑制剂 


r.〔s〕 


Km 


1 


i 


Km 


V 






了 


竞争 性抑制 






1 


l 


增大 


不变 


― /Cm(l+y- 3 ) + CS] 






非竞争 性抑制 








l 


不变 


减小 


一 (l+y^)(AT« + 〔S〕) 


反竞争 性抑制 


r.〔s〕 


Km 

V 




i 十 a:< 


减小 


减小 


t_ ) 〔s〕 



^三) 中草药 对酶活 性的抑 制作用 

近二十 年来, 关 于中草 药对酶 活性抑 制作用 的研究 工作, 国 内外学 者都很 重视, 进展 较快。 但 由于中 
草药 所含成 分非常 复杂, 有效成 分较难 分离, 加 上这些 成分又 可相互 进行多 种化学 反应, 故 目前深 入进行 
这方面 的研究 工作, 难度仍 较大。 现 将一些 主要具 有抑制 酶活性 的中草 药归纳 如下: 

® p$ 低胃蛋 白酶、 胰 酶等活 性的中 草药有 桂皮、 山椒、 黄柏、 黄连、 甘 荜等. 其中甘 草的成 分甘草 
次酸 的琥珀 酸半酯 (即生 胃酮) 在 体内可 通过在 胃粘膜 细胞内 将胃蛋 白酶原 灭活, 抑制 胃内胃 蛋白酶 活性以 
及 与胃蛋 白酶结 合降低 其有效 浓度等 途径, 抑制胃 蛋白酶 活性. 

② 抑制 Na\ K+-ATP 酶活 性的中 草药有 人参、 五 味子、 大黄、 杠 柳皮、 黄 连等。 其中 人参、 五味 
子、 杠 柳皮粗 甙都可 抑制心 肌细胞 膜上的 Na+, K+-ATP 酶. 有人 观察了 不同浓 度扛柳 皮粗甙 (相当 于^. §[ 
0.02mg, 0.2mg 和 2.0tng) 对豚 鼠心肌 细胞膜 Na+, K+-ATP 酶和 Mg"-ATP 酶 活性的 作用. 发现 粗甙对 



n & \ K+-ATP^;5I4 的抑 制作用 随浓度 的增加 而越为 显著。 在 2.0mg 时, 几 乎抑制 90% 酶 活性; 但对 
Mg"-ATPj^ 则只^ 现 出轻度 的抑制 作用。 大黄 素抑制 Na+、 K+ 从肠腔 转运至 小肠粘 ^细 胞, 使水分 滞留在 
mm 促进肠 蜣动而 排便。 此作 用可能 与抑制 肠粘膜 Na+, K+-ATP 酶活性 有关. 黄连 中的小 檗贓可 抑制大 
鼠 S 微粒体 Na+, K+-ATP 酶。 

© 抑^ 生物 氧化酶 系的中 草药有 黄连、 野 百合、 苍术、 甘草等 (具 体作用 见生物 氧化章 ), 
© 抑 制琥珀 鲛脱氢 酶的中 草药有 石蒜、 秦皮、 芦 丁等。 有人用 石蒜碱 对小白 鼠进行 实^。 一组 为对照 
组. 余四组 分别腹 腔注射 1、 3, 10、 3 0mg/kg 的石 蒜碱, 2 小时后 处死, 以 Thunberg 甲烯 蓝法测 定小白 
鼠肾匀 浆琥珀 it 脱氢^ 的 活力, 结果见 下表: 

表 3-8 » 石 蒜碱对 小鼠肾 匀浆琥 珀酸脱 氢酶的 喃 



项 目 


对照组 


给 药 4:1 


lmg/kg 


3mg/kg 


lOmg/kg 


30mg/kg 


达反应 终点所 需分钟 
(均 s±i>r: 准差) 


17±4.06 

II II 1 1 hi ■ 1 1 睡讀 I 


21. 8 士 6. 76 


2?.8±9. 10 


45.4±15. 70 


51. 6 士 13. 98 



可见 用药在 10m g /kg 以上剂 量时, 对 琥珀酸 脱氢酶 有明显 的抑制 作用。 

© 抑制核 酸和蛋 白质生 物合成 有关的 酶的中 草药有 黄连. 黄柏、 长 春花、 巴豆、 汉 防己、 野 百合、 
喜树、 蓖 麻子、 三 尖杉等 (详 见核酸 及蛋白 质生物 合成章 )。 

© 抑 制磷酸 二酯酶 (PDE) 的中 草药有 甘草、 远志、 知母、 荆芥、 桂皮、 决 明子、 芫花、 红花、 合欢 

皮、 五 倍子、 柴胡、 山椒、 秦皮、 青皮、 旋 覆花、 草果、 苏叶、 大 腹皮、 竹茹、 川芎、 连翘、 槟 榔等。 以 
甘 草次酸 S00m g /kg 灌喂 大鼠, 对胃粘 膜内腺 苷酸环 化酶无 作用, 但可 抑制磷 鼓二^ 晦 活性, 因而 能增髙 
其幽门 和贲门 粘膜内 c-AMP 含 量而抑 制胃酸 分泌。 大剂量 人参, 也 有抑制 PDE 作用。 

© 抑制胆 碱酯酶 的中草 药有一 叶萩、 龙葵、 灵芝、 黄连、 杠柳 皮等。 其中龙 51 碱 (5X10 - 1 〜 5X10_'M) 有 

强烈 抑制胆 减酯酶 作用, 主要是 由甙元 龙葵胺 引起。 一叶萩 碱的抑 翻 作用, 随其 浓度不 同略有 变化. 当其 

浓度为 2X10— 5 mM 时. 对胆 喊酯酶 的抑制 作用为 24. 8%, 浓 度增至 2 X 1 0— mM 时, 抑制 率增至 47%。 慢性 
支 气管炎 患者在 服用灵 芝四个 月后, 血胆碱 酯酶活 性普遍 下降。 黄连 小檗碱 对犬、 马 血清及 兔脑匀 浆中胆 
碱 S§ 酶都 有抑制 作用. 

® 抑 制谷丙 转氨酶 (GPT) 的中草 药有五 味子、 垂 盆草、 柴胡、 灵芝、 栀子和 茵陈蒿 汤等. 北 五味子 
的主要 作用是 通过对 肝细胞 内转氨 酶活性 的可逆 性抑制 。垂 盆草含 有天冬 酰胺、 天冬 氨酸、 丙 氨酸、 亮 氨酸、 
酪 気酸、 缬氨 酸等, 有 人认为 是降低 GPT 的主要 成分。 垂盆 草中生 物碱也 有降低 GPT 的 作用。 栀子 和茵陈 
蒿 汤主要 促进线 粒体恢 复正常 功能, 使 GPT 依附 在线粒 体上, 减少 GPT 游 离在胞 浆内, 从而 减少其 进入血 
液. 其对酶 的活性 无直接 作用. 

还有 许多中 草药分 别对各 种不同 的酶具 有抑制 作用, 现 简要介 绍见表 3-9。 
表 3-9 某 些具有 抑制酶 活性的 中草药 



被抑 制的酶 


具有 抑制酶 活性的 中草药 


酪 氨酸酶 


桂皮、 S 枯草、 笾 荆子、 乌梅、 山茱 It. 柴胡、 川芎、 当归、 珊 瑚菜、 续 » 子、 
菟 丝子等 


精 氨酸酶 


山慈姑 


tn^mifm 色纹 酸说羧 k 


黄连 


磷鲛 @^A* 


虎杖、 毛 冬青、 7鸟 血廉、 良姜、 甘草等 



金 钱^、 茵陈 ^、 大黄、 枳实、 桂枝等 



续^ 



被抑 制的^ 


具有抑 ^ 制醵 活性的 中荜药 


ffi 红 StUDPGA 转移酶 


Mm 


15 羟前 列據素 脱氢癍 


黄芩、 牵 牛子, 葛根、 槐花、 资苓、 茯苓、 白术、 大黄等 


唾液 BtBI 


葛拫、 麻黄、 柱皮、 大枣、 芍药、 石 棍皮、 五 倍子、 翦祯等 


血管 K 张肽 转变加 速因子 IS 


豨 S 草、 黄芪、 黄箝、 玄参、 ic 花、 杜仲、 山 栀子、 翟 麦、 ^血 藤, ^枣 仁^ 


腺苷 tt 环化嗨 


' . -~ 

小 笼践 


花生四 燔酸环 氧化昧 


牡 丹皮、 芍药等 




M ;二 


单胺 « 化酶 


甘草、 人参 (GH 3 ). 制 首乌、 山楂、 酸枣等 


前列 腺素合 成嗨系 


生姜、 厚朴、 麻黄、 桂皮、 良姜 * 益智, 香附^ 


葡萄糖 -6- 瑰酸癍 


柴胡、 人参 


丝 U 钹 说氢癍 (以糖 为主要 饲料) 


人参 



* 六、 激动 剂对酶 促反应 的影响 

凡能增 强酶的 活性, 加快酶 促反应 速度的 物质, 称为激 动剂. 通 常以无 机离子 为多见 。如 Mg"、 Mn &、 

Co*\ cr 等. 它们与 辅因子 不同, 激动剂 仅提髙 活力, 辅因 子则使 因缺乏 特异性 辅因子 的酶, 由 活力完 
全丧 失状态 转变为 活力完 全恢复 状态。 在 作用机 理上, 激动 剂可能 与酶的 活性. 中 心以外 的部位 结合, 通 
过酶蛋 白构型 的某种 变化, 使得 酶的活 性中心 更适宜 与底物 结合, 并催化 底物起 反应; 而辅因 子却涉 及到它 
与活性 中心的 功能基 团和底 物反应 基团的 结合, 从 而起到 不可缺 少的挢 梁作用 或攆化 作用。 

中 草药提 高酶促 反应速 度的机 理比较 复杂, 有的 中莩药 本身含 有酶的 成分, 如 麦芽、 谷芽 都含有 ct- 淀 
粉餘和 淀 粉酶, 山 楂含脂 肪酶, 沙棘含 铜锌超 氧化物 岐化酶 (Cu、 Zn SOD). 有的 中草药 能诱导 酶的生 
成, 如五 味子乙 素诱导 药酶细 胞色素 PMO 生成 (详 见药物 代谢章 ). 有的 中草药 成分可 能是酶 的激动 剂或激 
活剂, 如 洋金花 静注, 血胆碱 酯酶活 力显著 增强: 当归、 丹参 激活纤 溶酶活 性而抑 制凝血 过程; 人参、 党 
参、 丹参、 赤芍、 郁金. 黄芪、 大枣、 苍术、 防己、 柴胡、 牵牛子 等都能 激活腺 苷酸环 化酶, 使胞内 c-AMP 
量 增加; 人参、 三七、 黄芪、 五 味子、 何首乌 等都能 提高超 氧化物 歧化酶 活性。 

' 第四节 酶的 命名、 分 类和活 性测定 

在 I 9 " 年国 际酶学 委员会 (International Enzyme Commission) 提 出系统 命名法 以前, 所有 发现的 
酶 都是以 习惯命 名的, 

一、 习 惯命名 法原则 

习惯命 名法原 则是根 据酶所 催化的 底物、 催化性 质以及 酶的来 源等而 命名。 以底 物命名 的有蛋 白酶、 

K 肪酶. 核酸 酶等; 以 催化性 质命名 的有转 氨酶、 脱 氢酶、 水解 酶等, [有 的按 两者结 合起来 命名, 如乳酸 
脱 氢酶. 谷 丙转氨 酶等. 有的 还结合 酶的来 源加以 命名, 如蛋白 酶来之 于胃, 称 为胃蛋 白酶; 来之 于胰, 
WJ 称 为胰蛋 白酶. 

习惯 命名法 没有国 际系统 命名法 严格, 易出 现一酶 多名称 现象. 但 因其较 简便, 现仍被 沿用. 



T3 — 



二、 国 际系统 命名法 



由国际 酶学委 员会通 过的国 际系统 命名法 规定, 每 一种酶 有一习 惯名称 和 一系统 名称, 系统名 称应当 
标明酶 的底物 和催化 反应的 性质. 如果一 个酶催 化两个 底物起 反应, 应在两 种底物 间以" :" 将两者 分幵. 例 

如己^ 激 的 系统命 名应为 ATP: 己搪 磷睃转 移酶. 

三、 国际 系统分 类编号 , 

按国 际酶学 委员会 规定, 将 酶分为 六类: 

(一) 氧 化还原 11 类 

催化底 物进行 氧化还 原反应 的酶。 如 乳酸: NAD+ 氧 化还原 誨 (ECi、 1、 1、 27), 习 惯名为 乳酸脱 S 

嗨. 

COOH COOH 
HO— C— H +NAD、=^C=0 + NADH + H+ 
CH S CH 3 

乳酸 辅酶 I 丙酮酸 还原 型辅酶 I 

(二) 转移 «类 

催化底 物之间 进行某 些基团 的转移 或交换 的酶, 如丙 氨酸: a- 酮戊二 酸氨基 转移酶 (EC2、 6、 1, 2), 
习惯 名为 S 丙转 氨酶. 





II -、 〜- — 

COOH C— COOH COOH 

H 2 N— CH + CH 2 — C =0 + 

CH, CH 2 — COOH CH S 

丙氨鲛 ' a- 酮 戊二酸 丙酮酸 



H.NCH— COOH 
CH, 

CH 2 COOH 

谷氨酸 



(三) 水解 St 类 

催 化底物 产生水 解反应 的酶。 如 P,D- 半 乳糖苷 半乳糖 水解酶 (EC3、 2、 1、 23), 习 惯名为 P_ 半 乳糖苷 



酶. 



CH,OH 



CH 2 OH 



HO /! 一 \ OR HO Z~ \ OH 

|\ OH H /\ ~ ! \ OH H /: 

H \j V H H \' / H 



+ ROH 



H OH 

P- 半 乳糖甙 



H OH 

P- 半乳 tt 



(四) 裂 合痺类 

催 化一种 化合物 分裂成 两个化 合物; 或两个 化合物 合成为 一个化 合物的 酶,. 如二磷 酸酮饽 ^合 ^( £C《 . 
U 2、 7), 习惯 名为薛 缩酶, 



— 74 — 



CH,OPO,H, 
C=0 
HOCH 
HCOH 
HCOH 
CH 2 OPO,H, 



CH,OPO a H, CHO 
= C=0 + HCOH 
CH 2 OH CH.OPCH, 

磷酸二 羟基丙 S3 3- 磷酸 甘油醛 



(五) 异构 i§ 类 

催化 各种同 分异构 体之间 相互转 化的誨 类。 如 葡萄溏 - 6 _ 磷酸己 ^醇 异构酶 (ECS, 3. 1、 9, ), 习潢 
名为 6- 磷酸葡 萄糖异 构酶. 



CHO 

HCOH 

HOC— H 

HC— OH 

HC— OH 

CH 2 OP0 3 H 
6- 磷酸 葡萄糖 



CH 2 OH 

C=0 
HOCH 
HC— OH 
HC— OH 

CH 2 OP0 3 H 2 
6- 憐 酸果溏 



(六) 合成 S 类 (又称 连接 誨类) 

催化与 ATP 等 相偶联 的双分 子缩合 反&乙 如 UTP: 弒 连接酶 (EC6、 3、 4. 2), 习 惯名为 CTP 合成 



酶. 



HN 



A.TP + 







|! +NH, ~ >ADP + Pi + 



-5'PPP 



N 
。 人 



R— 5'PPP 



上 述六大 类可分 别编为 1、 2、 3、 4. 5, 6, 例如: EC4、 1、 2、 7 中的 E C 表示酶 学委员 会规定 编号, 
第一 个序号 4 为第 四大类 (裂含 ^类 )。 毎一大 类按底 物仗^ 化的 基团或 键的特 点分为 若干个 亚类, 分别编 
为 1、 2、 3、 4 …等, 每一 1、 亚类还 可按 底物 性质^ 序分 为亚 亚类而 给予编 号, ^23 个 编号只 是表示 嗨的种 
类, 无待殊 规定。 如莛缩 g 的 编号为 EC4, 1、 2, 7, 即表示 此酶属 于酶学 委员会 规定的 编号, 第四 大类, 
第一 亚类、 第二亚 亚类, 第七 个^. 

四、 g| 活性^ 定 

由于酶 在休内 的含量 甚微, 一般 采用单 位时间 内底物 的消失 量或产 物的增 加量来 表示酶 
的 活性。 产^^ 加 i 由无 到有, 比较明 显 。底物 虽逐渐 减少, 但还 总是存 在着。 故以测 定产物 
增加量 的方法 为多。 

酶活性 M 定不 宜时间 过长。 因时间 过长, 陶促 反应速 度就会 下降。 这 是由于 (D 底物 浓度过 

与酶 分子接 触机会 减少; ② 产物 浓度 过高, 有可 逆反应 进行; ③ 酶 的不稳 定性, 在反 



— 75 — 



应条 件下, 可能不 断变性 失活。 为了避 免这些 误差, 国 际酶学 委员会 规定: 在温度 25t ;、 最 
适 pH、 最适 底物浓 度时, 每分 钟转化 lfimol 底 物所需 的酶量 为一个 酶活性 单位。 每 毫克酶 
蛋白 所具有 的酶活 性单位 为酶的 比活力 ,它表 示酶的 纯度。 但是 在各实 验室测 定酶活 性时, 
还沿 用一些 原有的 规定。 例 如血清 中谷丙 转氨酶 (GPT) 测定, 规定 1ml 血清在 pH7.4、 
37'C 条 件下, 经 30 分钟 保温, 使 底物丙 氨酸和 oc- 酮 戊二酸 之间转 氨基, 产生 2. 5 微 克丙酮 
酸, 定为 血清谷 丙转氨 酶一个 酶活性 单位。 假如在 上述条 件下, 0.1ml 血清经 30 分钟 保温得 

产物 丙酮酸 10 微克, 那么, 换算成 l.ml 血清中 酶活力 ,应为 ;^1^^ = 40 单位。 

U • 1 X Z . b 

又如 血清肌 酸激酶 (CK) 规定 lml 血清在 pH7.4、37'C 条件下 保温一 小时, 产生 l^mo 
^ 酸为一 酶活性 单位。 如在 此条件 下测得 0.1ml 血清产 生肌酸 0.2^mol, 则 lml 血 清的酶 
活 力应为 0.2X10= 2 单位。 

1979 年 国际生 化学会 为了使 酶的活 性单位 与国际 单位制 (SI, Systeme International) 的 
反 应速率 (mol/s) 相 一致, 正 式推荐 用催量 (Katal) 代 替单位 (Unit) 来 表示酶 活力。 催 
蹵简称 Kat 。一催 量的定 义为: 在特定 测定系 统中, 每 秒钟催 化转变 1 摩尔 (mol) 底物的 酶量。 

1 1 A3 

1 单位 = 1 nmol/ 分 == — ol/ 秒 = ^pnmol/ 秒 = 16. 67nmol/ 秒 = 16. 67nKat。 



第五节 酶 与医药 的关系 

一、 酶 与疾病 的关系 . 

酶与 疾病的 关系主 要表现 在两个 方面: 一是 由于先 天性或 继发性 酶缺陷 所致的 疾病: 另 一方面 是由于 
某种 疾病使 血中或 尿中的 酶活性 升高或 降低, 
(-) 先 天性或 继发性 珐缺陷 

先天 性酶缺 陷常是 遗传性 疾病。 如酪 氨酸酶 缺陷引 起的由 化病. 葡萄糖 -6- 磷酸脱 氢酶缺 陷所致 的蚕豆 

继 发性酶 缺陷如 维生素 K 缺乏 所致凝 血酶的 缺陷. 

(二) 酶活 性降低 

这是 指酶的 合成量 较正常 为低, 如 肝功能 障碍患 者凝血 酶原、 尿素合 成酶、 卵磷 脂胆固 醇酰基 转移酶 
一 LCAT) 等都 减少; 或 由于有 机磷、 重金 属盐、 氰化物 等物质 中毒, 抑制酶 的催化 活性. 

(三) 睐活 性升离 

这是 指酶的 合成量 较正常 为多, 如恶性 肿瘤患 者血清 乳酸脱 氢酶量 增多; 佝偻病 患者血 清碱性 磷酸酶 
增多: 或细 胞膜 通透性 增大, 使胞內 酶流入 血液, 如急性 肝炎患 者血清 谷丙转 氨酸、 Y- 谷氨酰 转肽酶 升髙, 
^腺 炎患者 血清淀 粉酶等 升高; 或 正常排 泄途径 受阻, 酶倒流 入血, 如胆 道阻塞 患者, 碱性磷 酸酶不 能由胆 
道 排出而 在血清 中浓度 升髙. 

(四) PJ 工籙 (Isoenzyme) 活 性澜定 

同 工酶是 指其催 化的化 学反应 相同, 而酶的 结构、 理化 性质乃 至免疫 性质不 同的一 组嗨. 现已发 现五百 
多种同 工酶. 其 中乳黢 脱氢酶 (LDH) 为人所 共知。 LDH 有 五种同 工酶, 它 们的分 子量在 130, 000~150,000 之 

均 由四个 3E 基组 成, 每 个亚基 的分子 量约为 35, 000 左右, LDH 亚基 可分为 两型: H 型 (Heart 的 字首, 
?口 心饥^ ) 和 M 型 (Muscle 的 字首, 即骨 骼肌型 )。 这两种 亚基按 不同比 例组成 五种四 聚体. 即 LDKXHJ. 
LDH,(H,M), LDH.C^M,). LDH 4 (HM,). LDH 5 (M 4 ). 这五 种同工 酶具有 不同的 Km 值和电 泳速度 (由 



— 76 — 



LDH 1 至LDH S 逐 步递减 L 各 种不同 类型的 LDH 同工酶 在不同 组织器 官中的 比例是 不同的 (表 3-10). 



表 3-10 人体 各组织 LDH 同功 酶分布 



组 织器官 




同 功 


61 百 


分 比 




组 织器官 




同 功 


酶 百 


分 比 




LDH, 


LDH 2 


LDH 3 


LDH* 


LDHg 


LDH, | 


LDHj 


LDH, 


LDH 4 


- 

LDH S 


心 肌 


67 


29 


4 


<1 


<1 


肺 


脏 


10 


20 


30 


25 


15 


肾 脏 


52 

… 

2 


28 


16 


4 


<1 


j 胰 


腺 


30 


15 


50 




5 


肝 脏 


4 


11 


27 


56 


脾 


脏 


10 


25 


40 


25 


5 


骨胳肌 


4 




21 


27 


41 


! 子 


宫 


5 


25 


44 


22 




红细胞 


42 


35 


15 


5 


2 

















如 心肌的 LDH 同工酶 主要由 H 亚基 组成; 骨 骼肌和 肝脏的 LDH 主要由 M 亚基 组成; 胰睐, 脾脏、 子 
宫和 肺脏等 主要由 LDH S (H,M 2 ) 组成, 这 说明不 同器官 存在的 同工酶 随各器 官代谢 环境的 变化而 改变. 如 
在骨格 肌中, LDH S 的催化 效率随 丙酮酸 浓度的 增加而 提高, 使反应 趋向于 乳酸的 生成, 便于 在缺氧 时提供 
骨路肌 能量; 而 心肌的 LDH, 对 乳酸亲 和力较 LDH, 大, 有 利于丙 酮酸的 生成, 并 可继续 氧化, 供心 肌使用 
更多 的能量 (见图 3-19). ' 

「骨 路肌 1 

- 葡 萄糖— ♦ —丙酮 酸_2^ 乳酸 (LDHs: 丙爾酸 还原雜 > 

| 经血 液运输 

\ 心肌 | | 

三羧酸 循环一 丙 ffl 睃 ^ ^酸 (LDH l: 乳酸脱 tlK) 
NADH 2 NAD* 



氣化 磷酸化 
I 

ATP 

图 3-19 LDH 同工 酶的生 理功能 

同时, 也可藉 血清中 LDH 电泳 酶谱的 差异去 协助诊 断某一 器官的 病变. 如 肝细胞 受损, 血清中 
LDH 5 (MJ 升髙; 心 肌细胞 受损, 血清中 LDHJHJ 升高. 

1963 年 Blanco 等 发现人 的正常 精液内 还存在 LDH-X 乳酸脱 氢酶同 工酶, 对丙酮 酸催化 反应的 最适底 
物 浓度是 0. emmol/L, 这 正介于 LDH^LDH S 的 最适底 物浓度 (它们 分別为 0. 4 m mo :/L 和 1 • Ommol/L) 之 
间, 从 而使得 LDH-X 能够在 有氧和 无氧条 件下, 都 能发挥 其催化 作用。 因此. LDH- X 是 精子能 3」 代谢的 
关 键酶, 为 精子活 动提供 充足的 能量, 并适 应生理 环境的 变化. 有 人认为 LDH-X 的 活性可 作为男 性生育 
力的 标志, 

又如 用聚丙 烯酰胺 凝胶平 板电泳 法分离 血清和 尿中淀 粉酶同 工酶. 呈现四 条淀粉 酶同工 嗨 区带 (见图 
3-20)。 

由阴极 至阳极 端编号 ,1、 2 区带淀 粉酶同 工酶来 之筷液 (胰 液型. P-Atny) ; 3、 5 区带来 之唾液 (唾液 
型, S-Amy). 正 常人血 清或尿 中淀粉 酶同工 酶谱为 Amy 1、 2. 3. 即在 1、 2、 3 处 各有一 同工酶 区带, 约 
占 90% 以上. 还 有少数 人出现 5 区带, 即 Amy 1、 2、 3、 5. 1、 3 区带活 性强, 2 、 5 区带活 性弱. 如 直接 
用胰腺 或唾液 腺勻浆 电泳, 则分 别得到 P-Amy 1、 2, 4、 6、 8, 或 S-Amy 3、 5、 7. 可见 化些 同 工酶纾 



— 77 — 



(- 乒 



起点 



3 4 



+ 三滅液 
唾液 

血 
尿 

ifiU 显型 -a) 



I 



5 ( -p ) 





1 T 









1 




L 1 






















i 




! 厂一 




i 


1 







L \" 




I 




1 



血 (舁 SI) 

图 3-20 正常 人与患 者淀粉 酶同工 酶酶谱 (示 意图) 

血液稀 释后, 含量过 低不易 显出。 由于胰 腺淀粉 酶:: 小, 易在肾 小球 过滤, 故^ 中 1 区 带酶活 性明显 
强于 3 区带, 而血 中几乎 相等或 稍高。 在胰腺 炎时, 2「i 带明 显升^ ,称 为显型 -2(Domina n t Amylase-2)j 
或在 笫一区 带与起 点之间 呈现一 个慢泳 带,. 称 为异型 (Amy-Is- 1、 2、 3). 

二、 酶制 剂在 医药上 的应用 

酶制 剂在医 药上的 应用, 主要以 试剂形 iUiil 临來^ 断 或作为 药物用 于治疗 疾病。 

(一) 用 子临床 诊断的 釀制剂 

目前已 有数百 种酶被 纯化、 结晶, 作为酶 ^分析 的试劍 。如利 用葡萄 糖氧化 酶测定 血糖, 
脲 酶测定 血中尿 素 氮等。 特别 是将一 些水溶 性酶经 吸附剂 吸附, 或与载 体共价 结合, 或与戊 
二醛 交联, 或包埋 于高聚 物中 等方法 处理, 成为不 溶于水 ,仍具 有酶活 性的固 定化酶 (Fixed 
e n Z yme)。 这不仅 增强了 酶的稳 定性, 可反复 使用, 提高了 效益, 而且促 进了酶 法分析 的管道 
化、 连续 化和自 动化。 

(二) 用 子治疗 疾病的 酶制剂 

酶作为 药物的 记载最 早见于 公元前 597 年 《左 传》 一书, 因 S 曲对消 化道疾 患有神 效而称 
为 神曲。 现在酶 作为药 物在治 疗上的 应用已 扩大到 消炎、 抗凝、 促凝、 抗肿瘤 等各个 方面。 

1. 助消 化酶类 这类 [海 的主 要作用 是水解 食物中 的各种 成分, 如搪、 脂类、 蛋白 质等。 
'有 胃蛋 白酶、 嗨酶、 脂肪 酶等。 

2. 抗炎清 创酶类 这类酶 多属蛋 白水解 酶, 主 要作用 是分解 纤维蛋 白或脓 液中粘 蛋白, 
以利于 药物的 渗透及 疮口愈 合等。 有 胰糜蛋 白酶, 链 激酶、 木瓜蛋 白酶、 双 链酶、 菠 萝蛋白 
酶、 溶 菌酶、 胰脱氧 核溏核 酸酶、 胶原 酶等。 

3. 解蛇 毐酶类 此酶 类冇结 晶胰蛋 白酶, 它能 水解各 种毒蛇 (银 环蛇、 眼 镜蛇、 眼镜 



— 78 — 



王蛇, 複 蛇和竹 叶青) 蛇毒 中的毒 蛋白。 

\/4. 促 凝和纤 溶晦类 凝血酶 能使纤 维蛋白 原转变 成纤维 蛋白而 促进血 液凝固 。纤涪 ^促 
进 血块再 溶解; 链 激酶、 尿激酶 都能^ ^纤 溶晦。 近 来发现 蚯蚓体 内含有 丰富的 纤溶^ 。 

5. 促 生物氧 化酶类 此种酶 颇多, 其促 进生^ ^化过 程'。 如细 胞色素 C、 辅酶 A . 辅嗨 
Q l0 , 常与 ATP 合用, 治 疗心、 肝、 肾等疾 患。 

6, 抗肿 瘤酶类 有 门冬酰 胺酶、 谷氨 ^胺^ 和神经 氨酸苷 酶。 前两 者能分 别水解 门冬酰 
胺 和谷氨 酰胺, 使肿 瘤细胞 在生长 繁殖合 成蛋白 质时, 缺 乏必需 原料而 停止; 神经氨 酸苷酶 
可水 解瘤细 胞膜上 糖蛋白 分子上 的神经 氨酸, 使肿 瘤细胞 移植性 丧失, 机体免 疫机能 增强。 
其他如 甲硫氨 酸酶、 组氨 酸酶、 精 氨酸酶 等也有 一定的 抗肿瘤 作用。 

7. 防 治心血 管疾病 的酶类 胰脏弹 性蛋白 酶具有 P- 脂蛋 白酶的 作用, 降低 血脂, 防治 
动 脉粥样 硬化; 激肽 释放酶 能舒张 血管, 临床用 于高血 压和动 脉粥样 硬化。 

目前正 在研究 利用外 源性酶 制剂以 补偿先 天性酶 缺陷, 称为酶 的替代 疗法。 为了延 长酶制 
剂在循 环系统 中的半 衰期, 使 酶分子 易于转 移到病 变的靶 组织和 降低外 源性酶 分子所 引起的 
免疫 反应, 常采用 化学修 饰法、 或用微 胶囊、 脂质体 及红细 胞等作 酶制剂 载体。 例如, 将包 
埋于微 胶養内 脲酶注 入于狗 体内, 该酶分 解尿素 为氨的 时间可 持续数 小时。 门 冬酰胺 酶微胶 
襄与其 未装微 胶囊的 酶溶液 比较, 其作 用可由 9 天 延长到 69 天以上 。酶 制剂应 用的远 景颇佳 
有 待于人 们进一 步努力 开发。 



第四章 维生素 和辅酶 

维生素 是存在 于食物 中的一 类重要 的营养 物质, 维 生素的 发现与 认识, 不仅 是生物 化学, 
而且也 是人类 文明史 中的重 大事件 之一。 

人类 对于维 生素所 引起的 疾病很 早就有 认识, 早在 公元六 世纪, 我 国古代 医书中 已有对 

维生素 A、 B 缺乏 症状和 食物进 行治疗 的详细 记载。 十八 世纪, 欧洲人 已经知 道用新 鲜蔬菜 
和 水果来 治疗坏 血病, 但是, 真正 对维生 素有所 认识, 还是来 源于营 养学的 研究。 人 类究竟 
需要 哪些营 养素才 能维持 生命? 这个 问题直 至本世 纪初才 逐渐被 人们所 了解。 当时, 人 们以为 

维持 生命的 营养物 质只有 五种: 蛋 白质、 碳水化 合物、 脂肪、 水和无 机盐。 后 来用动 物模型 
证实前 述五种 物质的 纯粹品 组合, 并不 能维持 动物的 生命, 且 动物不 能正常 繁殖。 只 有在词 
料中 加入少 量牛奶 (即含 维生素 ), 才能维 持正常 的生命 活动。 

人类 对于维 生素的 研究已 有近一 个世纪 之久, 并取 得不少 进展, 近 年来, 更发现 维生素 
的 许多新 功能。 但是, 对于 维生素 的缺乏 和中毒 的临床 表现, 以 及临床 应用和 维生素 功能之 
间 的关系 等渚方 面还有 许多课 题值得 探讨。 

•• 第一节 维生 素的基 本概念 、 

一、 维生素 的概念 和特点 

维生素 是一类 维持正 常生命 活动所 必需的 微量的 低分子 有机化 合物, 其化 学结构 不同, 
生 化功能 各异, 一般具 有下列 特点: 

® 维生 素或维 生素原 (可 转化为 相应维 生素的 物质) 是正 常食物 的必需 成分。 维 生素与 
溏、 脂和 蛋白质 不同, 它们 不能供 给机体 所需的 能量, 也 不是组 织细胞 的结构 成分, 而是动 
物 生长与 健康所 必需的 物质。 

© 维 生素是 维持正 常生命 活动所 必需的 有机化 合物。 已知许 多维生 素是构 成辅酶 的基本 
^分; 有 的参与 特殊蛋 白质的 生成, 如 维生素 A 的氧 化产物 与视蛋 白结合 成视紫 红质; 有的 
是 激素的 前体, 如 维生素 D 等。 维 生素以 这些形 式发挥 其在代 谢中的 功能。 

® 维生素 需要量 甚微: 人体 每日需 要量一 般为毫 克或微 克水平 ,但 由于它 们在体 内不能 
合成 或合成 量不足 需要, 因 此必须 由食物 供给。 

二、 维生素 的分类 

维生素 的种类 甚多, 已知的 有六十 余种, 它 们的化 学结构 大都已 清楚, 都 为低分 子有机 
化 合物。 维 生素可 以按化 学结构 分类, 但习 惯上都 以其溶 解性来 分类, 即分为 水溶性 维生素 
和脂 溶性维 生素。 

重要 的水溶 性维生 素有: 维生素 C 和 B 族维 生素 (包括 维生素 B 2 、 PP, B fl 、 Bu> 
叶酸、 泛酸、 硫辛酸 等)。 

重要 的脂溶 性维生 素有: A、 D、 K、 E 等。 



— w 一 



三、 过 多症和 缺乏症 

1. 维生素 缺乏症 维生 素在体 内不断 代谢失 活或直 接排出 体外, 因此当 ^生^ 供 应不足 
时, 可 引起机 体代谢 失调, 严重者 可危及 生命, 这类疾 病称为 "维生 素缺乏 症"。 

维生素 缺乏或 不足的 主要原 因有: 维生 素供给 不足; 机体对 维生素 的吸收 障碍, 如慢性 
腹泻; 机 体对维 生素的 需要量 增加, 如 儿童、 孕 妇等; 某些 药物的 作用, 如长 期口服 抗菌药 

物可 抑制肠 道细菌 生长, 使 细菌合 成的一 些维生 素减少 (如 维生素 Kf PP、 B 8 和叶酸 等)。 
异 烟肼与 维生素 PP 化 学结构 相似, 有竞争 性拮抗 作用, 异烟肼 还可与 维生素 B a 结合 而使其 
失活。 这些因 素都可 导致维 生素的 不足或 缺乏。 

2. 维生素 过多症 维生素 虽是机 体必需 物质, 若食 入过量 可引起 中毒。 根 据报道 长期大 
量使用 维生素 A、 D、 B t 、 8 2 和(: 等, 可引起 维生素 过多中 毒症, 因此 应重视 维生素 的正确 
合理 使用。 

第二节 水溶性 维生素 和辅酶 

水溶 性维生 素包括 维生素 C 和 B 族维 生素 两类。 B 族 维生素 又包括 维生素 B t 、 B 2 、 PP、 
B a 、 B tl , 叶酸、 泛酸、 生 物素、 硫 辛酸) 它们大 都易溶 于水、 体内不 易储存 、易 于从尿 中排出 * 
水溶性 维生素 在临床 中应用 普遍, 一般 说来, 较少发 生因用 量过多 而造成 的中毒 现象。 

B 族 维生素 通过组 成酶的 辅酶或 辅基, 发挥 其对物 质代谢 的调节 作用, 在 组织中 它们的 
浓 度十分 恒定, 肝脏 中含量 丰富。 其它结 构类似 的物质 均不能 代替其 功能。 B 族维生 素的分 
布 和溶解 性大体 相似, 故不易 分开, 提 取时常 混合在 一起。 

一、 维生素 C 、 

维生素 C (Vit C) 又称抗 坏血酸 s 早在 十八世 纪中叶 已知坏 血病的 原因是 膳食中 缺乏新 
鲜 蔬菜和 水果的 缘故, 而柠 檬汁和 松叶汁 则可治 此病。 1932 年后, 从柠 檬汁中 成功地 分离并 
获得 Vit C 结晶。 它是 临床上 应用最 广泛的 一种维 生素, 目前对 它的研 究报道 较多。 

Vit C 为无色 或白色 结晶, 易溶 于水, 微溶于 乙醇和 甘油, 不溶 于有机 溶剂。 它是 一种不 
饱和的 多羟基 六碳化 合物, 以内 酯形式 存在, 在 2、 3 位碳 原子之 间烯醇 式羟基 上的氢 可游离 
出来, 故具有 酸性。 它 极易被 氧化, 有较 强的还 原性, 故极不 稳定, 弱氧 化剂就 可使其 氧化。 
在有微 量铜、 铁离子 或有活 性炭存 在时, 在空气 中也能 氧化, 光也 能促进 其氧化 分解。 特别在 
中性 或碱性 溶液中 加热, 更能 促使其 破坏。 由 于它溶 于水, 烹调中 又易于 损失。 所以 机体极 
&缺乏 维生素 C 及低 饱和 状态, 必 须及时 补充。 

Vit C 广 泛存在 于新鲜 水果和 绿色蔬 菜中, 特别在 西红柿 、橘子 、辣椒 和大枣 中含量 较高。 
人类、 猿 猴及豚 鼠均不 能自体 合成, 也不易 储存, 故需 经常从 食物中 补充。 植物 组织中 含有 
抗坏 血睃氧 化酶, 能使 新鲜食 物中的 Vit C 氧化而 失活。 食物在 干燥、 久 存和磨 碎等过 程中, 
Vit C 也 易遭到 破坏, 所以干 菜中几 乎不含 Vit C 。植 物种 子一经 发芽, 便含有 Vit C, 所以豆 
芽 菜类乃 是获得 Vit C 极好的 来源。 

(― ) 维生素 c 的代谢 

VitC 分 子中脱 去两+ 氢原子 则成脱 氢抗坏 血睃。 在其他 一些 物质如 谷胱甘 Ifc 、半 胱氨鲛 



— 81 — 



的存 在下, 又 可转变 成还原 型抗坏 血酸, 故 脱氢抗 坏血酸 仍具有 Vit c 的生 si 效应。 它能往 

返 地接^ 氢和放 出氢, 参与体 内的^ 化还原 反应, 起着递 氢体的 作用。 氧 化型若 继续被 氧化, 

生 成二酮 古乐锗 酸则失 去生理 活性, 后 老再氧 化生成 草酸和 L- 苏阿 锘^, 其 反应式 如下: 



— c, 

HO— C 



O — C- 

= C 



+ K 2 



CH 8 OH 
维生素 C 



_J 

CH 2 OH 
脱氢 维生素 C 



O-C— OH 

o=c 

O-C ^;化 COOH 
H~C— OH COOH 
HO-C-H 

CH:OH 草殴 

2,3- 二 嗣古乐 
酸 (无生 理 效能) 



C09H 
HC— 0H 
HC— CH 

CH,OH 

L- 苏 阿糖酸 



(二) 维生素 c 的 生化功 能与其 缺乏症 

Vit C 具 有广泛 的生化 作用, 对生命 活动过 程中的 很多方 面具^ 'SIB 要的 影响, 现 概述如 

下: 

1. 參与体 内的羟 化作用 体 内物质 代谢的 很多过 程均需 羟化, Vit C 在其 中起着 辅助因 
子的 作用。 如 Vit C 能促 进胶原 蛋白的 合成, 胶原蛋 白是细 胞间质 的组成 材料, 其分 子中的 
羟脯 氨酸和 羟赖氨 酸都是 由脯氨 酸及赖 氨酸在 Vit C 的 参与下 羟化而 成的。 如玦乏 Vit C, 

以致 细胞间 质生成 障碍, 导 致微血 管壁的 通透性 增加, 易破裂 出血, 创口溃 疡不易 愈合, 骨 

和 牙齿易 折断和 脱落。 这就是 坏血病 的典型 症状。 Vit C 还 参与某 些神经 递质和 激素形 成过程 
中 的羟化 作用, 如酪氨 羟化变 为多巴 ,然 后脱羧 变为多 巴胺, 再 羟化变 成去甲 肾上^ 素; 胆 
面 II 经羟 化后形 成胆汁 酸等。 

2. Vit C 作为供 氢体或 受氢体 参与体 内的氧 化还原 '反应 

(0 解毒 作用: 在 工业上 或药物 中有些 毒物, 如 Pb 2+ 、 Hg 2+ 、 Cd 2+ 、 As s+ 及某 些细菌 
的毒素 进入人 体内, 逨 即给予 大量的 Vit C, 往往 可 缓^ 其 毒性。 

据 认为, 重金属 离子能 与人体 内含巯 基的酶 类相结 合而使 S 失去 活性, 致使 人体代 谢发生 
障碍而 中毒。 Vit Cfig 使体内 的氧化 型谷 胱甘呔 (GSSG) 还^ 成 还原型 的谷胱 甘肽。 GSH 
可与重 金属离 子结合 而排出 体外。 故 Vit C 能保 护酶的 活性巯 基, 具 有解毒 作^。 

v:t C 还有促 进组织 的新生 和修补 作用。 

(2) 促进抗 体的合 成: 血清中 Vit C 的水平 和免疫 球蛋白 I 2 G 和 IgM 浓度呈 正相关 ,免 
疫球 ^白 分子中 的多个 二硫键 是通过 卞胱氨 鲛残基 的巯基 (一 SH) 氧化而 生成, 此种 反应^ 
Vit C 參加。 

0) 促进造 M 作^: Vit C 能将 Fe 3+ 还原成 Fe 2+ , 使食 物中的 铁易于 吸收。 使血 浆运铁 
蛋 白中的 Fe £+ 还原 成肝中 储铁蛋 白中的 Fe 2+ , 有利 于铁的 ^新 利用; 它还能 使亚铁 络合蹄 
的 巯基保 持活性 状态, 而促 进造血 作用。 

Vit C 也 能促进 叶羧变 为有生 理活性 的四氢 叶鲛, 在一 碳单位 及蛋白 质合 成代谢 中发挥 

重要 作用。 

3. Vit C 在抗 ^ 萆、 S 肿 廇方面 的作用 这 个问题 已引起 大家的 关注, 目 前正在 进一步 
探究 屮。 近年 来发现 感 3 时, 白 血球中 Vit C 水平 降低, 因此有 人提出 Vit C 能防治 感冒。 体 
内的 亚硝胺 可由食 入的: •!]' :硝^ 盐在 胃酸 f 乍用下 与仲胺 合成。 亚^ 咹 是一种 致癌物 ^, VitC 能 



OIJ T 

Icicle 

一! 一 I 

OHO 

I 一、 + 



o 



E 

"CICIC 

1 I I 

OHO 

H H 



— 82 — 



鮭止 亚硝胺 合成并 促进其 分鮮。 因此, 巧以 认为 有一定 的防癌 作用。 老年人 体内的 VitC 水 
平 较低, 可能与 老年人 的抵抗 力下降 有关。 以 上一些 VitC 的生化 作用, 尽管 还没有 最后肯 
定, 但说明 它在机 体的生 命活动 过程中 起极为 重要的 作用。 

二、 B 族 维生素 和辅酶 
(-) 维生素 B t 和 TPP 

维生素 又 名抗脚 气病维 生素。 其化 学本质 是由硫 噻唑和 氨基嘧 啶环组 成的化 合物, 亦 
称硫 胺素。 

维生素 A 在碱 性中易 破坏, 而在 酸性中 稳定。 氧化可 生成无 活性的 脱氢硫 胺素, 在 
紫 外光下 呈蓝色 荧光, 其荧光 强度与 ^ 浓度成 比例, 是 A 荧光定 量法的 基础。 此法 灵敏度 
较高, 可 达微克 水平。 

=CH 2 —— N ~~ it— CH, , 

-2H 



N 

H,C 



— NH S -HC1 
;生素 B, 



一 CH 2 — CH,— OH 



、 N / 2 \ s / 2 : ^HCl 



N 

H,C — 



ttCH, 

一 CH, — CH, — OH 



脱氢 硫胺素 

> 维生素 A 在 肝脏硫 胺素焦 磷酸激 酶作用 下生成 硫胺素 焦磷酸 酯 (Thiamins Pyropho- 
sphate, TPP)。 TPP 是 cc- 酮绂 氧化脱 羧酶系 的辅酶 (又名 羧化辅 酶), 参与 a- 酮酸 的氧化 
脱羧 作用, 对维持 正常的 糖代谢 和能量 代谢具 有重要 意义。 TPP 的化 学结构 如下: 

i 一 CH 2 — N + ~ — CH S 0, 



N 

H 3 C— ' 



\ /-NH 2 '1 / 



— CH 2 — CH 2 — 0— P— 0— P— OH 
OH OH 



硫 胺素焦 磷酸酯 

由于 TPP 是 a- 酮酸氧 化脱羧 酶系的 辅酶, 当 缺 乏时, 糖代谢 的中间 产物丙 酮酸氧 
化 受阻而 积累, 使机体 '特别 是神经 组织的 能量来 源发生 障碍, 出现脚 气病, 表现为 肢端麻 
木, 肌肉 萎缩、 心力 衰竭、 四肢 无力、 下肢 水肿等 症状。 还可 抑制胆 碱酯酶 活性, 当 B 
缺 乏时, 胆碱酯 酶活性 增高、 乙酰胆 碱分解 加快而 影响神 经传导 功能, 引起胃 肠蠕动 减慢、 
消化 液分泌 降低、 出 现食欲 不振、 消化 不良等 症状。 

近年 来合成 了化学 结构与 维生素 B t 相 似的衍 生物, 如优 硫胺、 呋喃硫 胺等。 它们 的作用 
较^ 快而 持久, 且 不受体 内硫胺 素酶的 破坏。 已 应用于 临床。 . 

(二) 维生素 B 2 和 FMN、 FAD 

维生素 B t 其化学 本质是 D- 核 糖醇和 7 、 8 -二甲 基异咯 嗪的缩 合物。 
维生素 在酸性 环境中 稳定, 碱性中 易为热 和光所 破坏。 其水 溶液呈 黄绿色 荧光, 可作 
为定量 分析的 基础。 B 2 的 & 和 N 5 与活泼 的双键 相联, 易 产生可 逆的氧 化还京 反应。 

维生素 B s 在体内 的活性 形式有 两种, 即 黄素单 核苷酸 (Flavin Mononuchotide, FM- 

— $3 — 



N) 和黄 素腙^ 呤二 核苷酸 (Flavin Adcn; ; m Dinuclcotidc, FAD)。 它们是 体内 3 化还原 
酶 -黄素 蛋白的 辅酶, 在生 物氧化 过程中 起着递 氢体的 作用。 其化 学结构 如下: 

OH OH OH 



H 3 C- 
H,C- 



CH 2 — CH— CFI -CH— CH 2 — O— ® 
NH 



维生 《Q 2: 



FMN : R 



H 

O 

II 

•P- 



o 



-OH 



NH, 



N 



-N 



FAD. R 



\ 一 I 
I I 
OH OH 



II 

长效 维生素 B: : R-^CH 3 -(CH 2 ) 1 o-C- 

维生素 B 2 广泛参 与体内 生物氧 化还原 反应, 促 进搪、 脂和蛋 白质的 代谢。 B 2 缺 乏时, 
可发 生口 角炎、 唇炎、 舌炎、 眼结 膜炎和 阴囊皮 炎等。 产生这 些症状 的机理 尚不淸 3 

近年^ 研究成 功长效 维生素 b 2 , 它是 b 2 分子中 伯醇羟 基与^ 昉^ 形成 的凝。 如 b 2 n 

桂 醆酯, 一次; 3 药后在 体内有 效浓度 可保持 60〜90 天, 而普通 8 2 仅6 小时, 即有 60% 排 ^ 
休外。 

(=) m±M PP 和 NAD、 NADP 

维生^ PP, 又 称抗癩 皮病维 生素, 包 括烟鲛 (尼 克鲛) 和 烟酰胺 (尼 克鲩胺 ), 其化学 
本质为 吡啶衍 生' 物。 

0=C — NH— NH 2 



r-COOH 





1 

-C— NH 2 



烟 齩( 尼克^ ) 



、 N / 



烟酰 K (尼克 酰胶) 



异烟肼 

以补充 维生素 PP 的 不足, 



在 休内尼 克酸可 



)、、 动物和 细菌 能利用 色氨酸 合成尼 克鲛, 
转变为 尼克^ 胺。 

尼克^ 胺 在体内 的活性 形式有 两种, 即尼克 酰胺腺 嘌呤二 核苷酸 (Nicotinamide Aden- 
ine Dinucleotide, NAD\ 亦称 辅酶 I, 或 DPN) 和 尼克酰 腺嘌呤 二核苷 齩磷^ (Nicotin- 
amide Adenine Dinucleotide Phosphate, NADP+, 亦 称辅酶 II 或 TPN) NAD + 和 NADP — 




〇 

H _ H 

o OIPIO 



一 84 一 



是多^ £^351 的^^ 。 尼兑跣 K 吡啶环 上能进 行^ 逆的加 氣和脱 Efc 应, 在生^ 3 化中 起着 
遨耍递 E 休的作 用。一 般, NAD- 常参与 产生能 量的氧 化分解 反应; 而 NADP" 则参与 有关合 
成 反应。 

NAD + 和 NADP + 的化学 结构如 下: 

CONH, 



CH, 



、 N+ / 



'O 



N 、| — j 
OH OH 



N 



HO— P— 0— CH 2 



O 



-0 



OH OR 



NAD、 R=H 

O 

II 

NADP + ,R— p— OH 
OH 



维生素 PP 缺 乏时, 在临 床上 典型的 表现为 皮炎, 亦 可出现 腹泻、 恶 心及痴 呆等。 尼克酸 
能扩张 血管和 降低胆 固醇, 临 床上可 用于治 疗心绞 痛和高 胆固醇 血症。 抗结核 药异烟 胼与维 
生素 PP 化 学结构 相似, 具 有拮抗 作用。 因此, 长期使 用异烟 肼时, 应注意 维生素 PP 的补 
充。 

(四) 维生素 B 3 和 磷酸吡 哆胺、 磷酸 吡哆醛 

维生素 B a 又名抗 皮炎维 生素, 包括吡 哆醇、 吡 哆醛和 吡哆胺 三种化 合物。 其化 学本质 
为 吡啶衍 生物。 化 学结构 如下: . 



R 



HO 
H 9 C- 



-CH,OH 



、 N / 



吡 哆醇: R= 
吡 哆醛: R= 

吡 哆胺: R= 



=— CH 2 OH 
:一 CHO 
=— CH 2 NH 2 



肠 道细菌 可合成 维生素 B 8 。 B a 在体 内的活 性形式 是磷酸 吡哆醛 (Pyridoxa 1 Phosplia. 

te) 和礤酸 吡哆胺 (Pyridoxamine Phosphate) 。它们 是氨基 酸转氨 晦的 辅酶, 二者之 间相互 

转变起 着传递 氨基的 作用。 

CHO CH,— NH, 

+ -NH 2 



HO— 
HX- 



-CH 2 — O— P0 3 H s 



一一 NH, 



、 N / 



-HO- 
H a C- 



-CH,— O— PO s H 7 



-、 N / 



磷酸 吡哆醛 磷鲛 吡哆胺 

辚酸 吡哆醛 也是氨 基酸脱 羧酶的 辅酶, 丝 氨酸羟 甲基转 换酶的 辅酶。 (详见 蛋白质 代谢) 
维生素 B 8 缺乏 可致中 枢神经 兴奋、 呕吐等 症状。 B a 可与异 烟肼脱 水生成 ^③ 失活, 故 
长 期使用 异烟肼 需补充 维生素 B a 。 
(五) 泛逑和 CoA 

泛酸旧 称生素 B 3 , 又名遍 多酸, 因 广泛存 在于自 然界而 得名。 它是由 P- 丙氨酸 借肽键 



N .1 >„ 



o 

一 

= plo. 



o 

H 



一 85 — = 



与 《、 二羟基 -p、 P- 二 甲基丁 酸缩合 而成。 

泛 酸是构 成辅酶 A 的成分 。它由 泛酸、 P- 氨基乙 硫醇和 3: 磷 酸腺苷 焦 璘酸等 组成, 
其化 学结构 如下: 

H 3 C OH O 
I I. II 
O— CH 2 — C— CH— C — N— CH 2 — CH 2 



O ; 

■C-Ln— CH 2 — CH 2 — SH 



HO— p = 
O 

HO— p=0 
O— CH a 



CH, 



N n- 



H 

NH 2 泛酸 



N 



H 



氨基 乙硫醇 



3'- 磺 酸腺苷 -5'- 焦磷骏 



/〇\ 

;! 

6 OH 
HO— p— OH 


辅酶 A (Coenzyme A, CoA 或 HS- CoA) 是 酰基转 移酶的 辅酶。 其一 SH 基可 与酰基 

形成 硫酯, 在代 谢中起 着传递 酰基的 作用, 对糖、 脂和蛋 白质等 的代谢 有非常 重要的 作用。 

泛 酸也是 V- 磷酸 泛酰巯 基乙胺 的组成 成分, 构成 脂酰载 体蛋白 (ACP) 的 辅基, 它与 
脂酸合 成密切 相关。 

辅酶 A 在临 床上已 应用于 许多疾 病的重 要辅助 药物, 如白 细胞减 少症、 原 发性血 小板减 
少 性 紫 癜、. 功能性 低热、 肝 炎等。 . 



(六) 生物素 和羧基 生物素 

生物 素又名 维生素 H 或维 生素 B 7( 



其化学 结构是 由戊酸 噻吩与 尿素的 结合的 骈环, 




与羧基 结合生 
成羧基 生物素 



H— N 
HC 
HX 



NH 

- ~~ CH 



与赖氨 酸残基 e- 氨 

基结 合成生 物胞素 



H(CH 2 ),— COOH 



、SZ 

生物素 



生物 素是羧 化酶的 辅基。 生物素 通过其 侧链羧 基与酶 蛋白中 赖氨酸 残基的 e_ 氨基 结合: 
在 羧化作 用时, 生物素 环上的 原子可 与羧基 结合生 成羧基 生物素 ,参 与固定 C0 2 的羧化 
反应。 体 内重要 的羧化 酶有: 乙 酰辅酶 A 羧化 酶, 丙 酰辅酶 A 羧化 酶、 丙酮 酸羧化 酶等。 它 
们 对糖、 脂、 蛋白 质和核 酸代谢 有重要 意义。 

人类 一般不 易引起 生物素 缺乏, 但 鸡蛋清 中含冇 一种抗 生物素 蛋内, 能与 生物素 结合成 
无活 性而 又不易 被吸收 的结合 蛋白。 因此 长期食 用生鸡 蛋可导 致生物 素的缺 乏病, 出 现精神 
抑郁、 岔^、 毛发脱 落等。 如将 生鸡蛋 清经加 热可破 坏抗生 物素蛋 白, 从而消 除其不 利的影 
响。 

(七) 叶酸和 FH< (辅鶴 F) 



一 86 一 



杵 酸在绿 叶植物 中含量 半富而 得名。 它由 2 _ 氨基 - 4 - 羟基 - 6 - 甲基喋 呤啶、 对氨基 苯申酸 

f?ABA) 和 L- 谷氨酸 三部分 组成。 其结构 如下: 



叶酸 在体内 的活性 形式是 5 , 6 , 7 , 8- 四 氢叶鲛 (TetrfAydrofolic Acid, THFA), 
又称 FH 4 或辅酶 F (CoF)。 它 是一碳 基团转 移酶的 辅酶, 起 着一碳 基团传 递体的 作用, 参 
与 体内许 多重要 物质的 合成, 如 嘌呤、 嘧啶、 甲硫 氨酸、 胆 碱等, 在核 酸和蛋 白质代 谢中具 
有重要 作用。 

叶 酸分子 中含有 PABA, 与 磺胺药 的结构 相似, 可 竞争性 抑制叶 酸在细 菌体内 合成, 这 
是磺 胺药抗 菌作用 的主要 机理。 由亍叶 酸对核 酸代谢 有重要 影响, 而核 酸代谢 与肿瘤 密切相 
关, 根据 此原理 已设计 出 叶酸类 抗 代 i^' 物 作 为 抗 癌药用 于 临床。 

(八) 维生素 B 12 和辅瞎 B iS 

维生素 B 12 又称 抗恶性 贫血维 生^, 因其 含有钴 元素, 故 又称钴 维素或 氰钴维 素。. ... 



COOH 




(喋 呤啶) 



(对 氨基苯 甲酸) 



(谷 氨酸) 




CHiCH?CCMH2 



羟 fe 衮 

甲«!紊 (曱基 B 12 〉 

5 'H5 ^钴素 (Co3i2) 



R= 一 CN 
R=-OH 




维生素 B„ 和辅酶 B 



的化学 结构 



— 87 — 



其化 ^ 结&^ 复^、 它含 有钴、 咕 啉环、 3^ 磷酸 -5,G- 二甲基 苯并^ 唑核苷 和氨基 
丙^ 的化 合物。 金 属元素 钴位于 咕啉环 中央, 并与咕 啉环上 的氮以 配位键 相连, 在钴 原子上 
再结合 不同的 R 基团, 形成 维生素 B 12 的衍 生物。 其 中羟钴 素性质 稳定, 疗效 比氮钴 素好, 
是药用 维生素 B 12 的主要 形式。 

维生素 B 1: 在 休内主 要有两 种辅酶 形式, 即辅酶 B 12 (CoB 12 ), 其钴 原子与 脱 氧腺苷 
相连; 甲' 钴素 (甲基 B 12 ), 其 钴原子 与甲基 相连。 它们参 与体内 甲基转 移 作用。 CoB 12 接受 
CoF 递来的 甲基, 生 成甲基 B 12 , 后者 再将甲 基转移 给甲基 受体。 

(九) 硫辛酸 和辅酶 硫辛酸 

a - 硫辛酸 的化学 结构是 6, 8- 二硫 辛酸: 



a- 硫辛 酸不溶 于水, 而溶 于脂溶 剂, 故也有 人将其 列为脂 溶性维 生素。 它是 a- 酮酸 
氧 化脱羧 反应所 必需的 辅酶, 大 多数人 认为它 与焦磷 酸硫胺 素协同 作用, 但也 有人主 张它和 
焦磷 酸硫胺 素形成 结合体 (LTPP)。 硫辛 酸还有 抗脂肪 肝和降 低血胆 固醇的 作用。 此 外它还 
很容易 进行氧 化还原 反应, 还 原型硫 辛酸因 分子中 有自由 型的一 SH, 故 亦可解 除砷、 ^^毐 
物对含 巯基的 酶类的 毒性。 



重要的 脂溶性 维生素 有人、 D、 K、 E 四种, 在临床 亦普遍 使用。 

它 们不溶 于水而 溶于脂 肪和有 机溶剂 (例 如苯、 S 仿、 酒精等 ), 在食物 中常与 脂类共 

存。 在肠 道消化 吸收时 则需要 胆汁的 帮助, 吸 收以后 则主要 储存于 肝脏, 如果服 用量过 

会出 现中毒 症状。 

一、 维 生 素 A 

维生素 A 又称 抗干 眼病维 生素。 其 化学本 质为类 异戊二 烯脂, 和起 维生素 A 原作 用的 P 
胡萝 卜素 相似。 

P -胡萝 卜素可 被小肠 粘膜的 15, 15' —加 双氧酶 作用, 在 15-15' 之 间碳链 断裂, 理论上 
能生成 两个分 子的视 黄醇, 故 P 胡萝 卜素 也称为 VitA 原。 肝脏 是储存 VitA 的主要 场所, 



维生索 A 有多 种生化 功能, 主 耍有: 

1. Vit A 是 构成视 觉细胞 内感光 物质的 成份, 维持 正常视 1;?:, 视网 膜有两 种感光 细胞, 




IX- 琉化锌 (« 化型) 



笫三节 脂溶性 维生素 




P- 胡萝 卜^ 



— 88 — 



—^是 杆状 细胞, 感受 弱光与 暗视觉 有关; 另一种 是锥状 细胞, 感受 强光。 这 两种细 胞均含 
感光 物质, 即视 色素。 在扦状 细胞中 视色素 是由视 紫红质 组成, 而在锥 状细胞 中则为 视紫蓝 
质。 在暗 光下, 视 紫红质 中的视 黄醛以 11- 顺式结 构状态 存在, 感光后 迅速异 构化, 生成反 
式视 黄酸, 出 现退色 反应, 此 时产生 神经冲 动, 出现暗 视觉, 视黄 醛的顾 、 反异 构体 如下: 




'-^ 、 ^ 



CHO 



"一 籠黄接 



CHO 



全反一 视黄醛 



视 黄醛的 产生和 补充, 都需要 Vit A 作为 原料, 若 Vit A 供应 不足, 能导 致视紫 红质恢 
复 延缓和 暗视觉 障碍, 这 E 是 平时所 说的夜 肓症。 视紫 红质恢 复和再 生过程 可见图 5-1, 

弱先源 



暗 



视蛋白 

11 一顺 



杭黄醛 • 



> 视紫红 质- 

异构酶 



11 一烦 维生素 A 




NADH 

视黄 醇跺氢 I 
NAD 
异构酶 



血浆中 
维生素 A 




视蛋白 



全. g 枧黄醛 



^^生 素 A 



肝脏中 维生素 A 
图 5-1 视扞 细胞中 维生素 A 的生 化功能 

2. 促 进生长 发育和 维持上 皮组织 结构的 完整性 Vit A 缺 乏时, 生长 停滞, 发育 不良, 
上皮组 织细胞 干燥、 增生、 角化 过度, 其中 以眼、 呼 吸道、 消 化道、 泌 尿道、 生殖器 官的上 
皮粘 膜允为 显著, 由于 上皮组 织的不 健全, 机体抵 抗微生 物侵袭 的能力 降低, 容 易感染 疾病。 
当泪腺 上皮组 织不健 全时, 眼泪分 泌减少 或停止 ,易 形成干 眼病, 其症状 为角膜 与结膜 干燥、 
发炎, 甚至 角膜软 化导致 穿孔, 其机 理尚不 清楚, 可 能与酸 性粘多 糖的合 成障碍 有关。 

Vit A 还 参与类 固醇的 合成。 当缺乏 Vit A 时, 肾 上腺、 性腺及 胎盘中 的类固 醇激素 合成降 
低, 而影响 生长、 发育和 繁殖。 

3. 有 一定的 防癌、 抗 癌功能 癌 肿极大 多数来 自上皮 组织, 因此上 皮组织 的健康 与否和 
癌肿 的发生 有关。 Vit A 缺 乏的动 物用化 学致癌 剂诱发 肿瘤, 发病 率高。 实 验证明 Vi tA 缺 
乏的动 物可促 进致癌 物质与 气管上 皮中的 DNA 结合, 这是 致癌过 程中的 决定性 一步。 因此, 
目 前认为 Vit A 有抑制 癌变, 促进 癌细胞 自溶等 作用, 可用来 防癌、 抗癌。 

摄入 Vit A 过多, 可产 生中毒 症状, 多见于 1〜2 岁的婴 幼儿, 毛 发干枯 易脱、 皮肤干 
燥、 瘙痒、 烦躁、 厌食、 肝大及 出血等 症状, 一般是 因服用 过多鱼 肝油所 引起。 

二、 维生素 D 

VitD 是固醇 类的衍 生物, 在 自然界 主要有 和 I) s ^ 种, 具有 抗佝偻 病的 作用, 故义 



称抗佝 偻病维 生素。 植 ^?和 薛母 中存在 的麦^ 固 !?, 在紫 外线照 射下, 变成 麦角钙 化醇, 凼 
Vit D 2 。在人 体皮下 由胆固 醇脱氢 生成的 7- 脱氢胆 固醇, 可 转化成 Vit D 3S 故 将麦角 固醇和 
7- 脱氢 胆固醇 统称为 维生素 D 原, 

-CH 3 




胆固 



7- 脱氢 胆固醇 
紫外线 | (皮肤 ) 




1,25- 二羟胆 钙化醉 

维生素 D 主要 存在 于肝、 鱼肉、 奶、 蛋中, 尤以 鱼肝油 中含量 丰富。 但一 般人只 要充分 

接 受阳光 照射, 就完全 可以满 足生理 需要。 Vit D 本身没 有生物 活性, 必须进 一步羟 基化成 
为 1,25- 二羟胆 钙化醇 〔简称 1,25- (OH) 2 -D 3 〕 后, 才能发 挥生理 功能。 肝细 胞微粒 体中有 25- 
羟化 酶系, 可在 NADPH、 Mg 2+ 、0 2 的参 与下, 使 VitD 3 羟化成 25- 羟胆 钙化醇 〔25- (0H)- 
D 8 〕, 进入血 液后至 肾脏, 进一步 羟化, 成为 l,25-(OH) 2 -D 3 , 这 是一种 Vit D 活性 物的最 
主要 形式。 

生化 功能与 Vit D 缺乏症 Vit D 与钙、 磷代 谢密切 相关, 主 要作用 是促进 肠粘膜 对钙瞵 
的 吸收, 同时 在甲状 旁腺的 协同作 用下, 提高 血钙、 血磷的 含量, 促进骨 对钙、 磷的 吸收和 
沉积, 有利 于骨的 钙化。 在肾 脏内, Vit D 促进肾 小管对 磷的重 吸收, 减 少尿磷 排出。 缺乏 
Vit D 或有关 活性物 质时, 儿 童由于 成骨作 用障碍 可致偻 佝病, 成 人则引 起骨软 化症。 当 
肝、 肾有 严重疾 病时, 如肝细 胞大量 损坏, 或慢 性肝肾 功能衰 竭等, 则可 造成羟 化过程 障碍, 
仅用 Vit D 治疗 无效, 必须用 l,25-(OH) 2 -D 3 治疗才 有效。 

Vit D 摄入 过多, 可引 起中毒 症状, 如 倦怠、 恶心、 呕吐、 血钙 过高、 肾脏 钙化等 不良后 

果。 

近 年来, 认为 维生素 D 的活 性形式 1,25- (0H) 2 - D 3 是在 肝、 肾中 加工形 成的, 并经由 
血液 输送到 它的靶 器官, 因此 将其归 属于激 素类。 



― 90 一 



有报 道, 近年来 还发^ S 在着 D 3 转化为 24 , 25- 二羟 D 3 ,它与 入体内 钙碑代 汾及与 
甲状旁 腺激素 (PTH) d'f 较密 切关系 (参见 钙磷代 谢)。 

三, 维 生 素 E 

维生素 E 又称 为生育 酚。 它可以 从麦芽 油中分 离而 得到, 有各种 维生素 E 的同 系物, 由 
一 其所含 甲基的 数目来 区分。 

最 常见的 c'.- 生 育盼的 结构式 如下。 它在化 学上与 IS 相近, 具类异 戊二烯 侧链。 它 也容易 
^化 为餛 (生 ^醌 )。 由于它 的可氧 化性, 所以 它起" 抗氧 化剂" 的 作用, 即可防 止高度 不饱和 
化合物 的自发 氧化。 主 要是防 止膜脂 质中高 度不饱 和脂鲛 的过氧 化物的 形成。 :、• . 

维生素 E 曾作为 雌性大 鼠的抗 不宵因 子而被 发现。 因为在 实验研 究中, 缺乏 维生素 E 的 
典型 症状, 在雌性 大鼠为 引起胚 胎吸收 (这就 是其名 称的由 来), 在雄性 动物则 导致睾 丸蒌缩 
和 肌营养 不良。 还观察 到红细 胞膜对 弱氧化 剂的 抵抗力 减低。 对人类 讲来, 维生素 E 缺乏病 
是 极为罕 见的, 曾报 道过一 例, 以肌 软弱、 肌钹 尿和红 细胞对 5- 羟巴比 妥酸溶 液的脆 性增加 
为主要 症状。 



近 年来, 对 维生素 E 具有抗 衰老作 用的研 究报导 较多, 其 机理尚 不完全 清楚。 但 一般认 
为 维生素 E 有抗 氧化 作用、 它可以 与脂' 贡过 氧化基 结合, 以抑 制脂质 过氧化 作用。 它 对生物 
膜 有保护 和稳定 作用。 它可以 起调控 作用, 通过维 护遗传 物质稳 定性来 防止染 色体结 构变异 
等, 从 而起延 缓衰老 作用。 

四、 维生素 K 

维生素 K 又称 抗出 血维生 素或叶 绿醌, 它含萘 醌核和 一类异 戊二烯 侧链, 分布最 广的是 
甲 基萘醌 -30。 

2- 甲基萘 醌亦起 维生素 K 的作 用, 因为 它的侧 链可以 在体内 合成。 所 以给予 2- 甲 基萘^ 
后, 可在肝 1E 中 发现甲 基萘醌 -30。 把多聚 异戊烯 残基连 上去的 过程, 相 当于泛 醌的生 物合成 
作用。 : ' ' 

维生素 k 缺乏病 的表現 ,是容 易出血 和凝血 障碍, 在凝血 因子中 ,主要 是因子 n (凝血 

酶原 )、 \I、 K、 X 受到 损^。 因为 在缺乏 K 时, 它们不 能足量 生成。 

甲基 萘!! 类为 凝血因 子转录 后进行 修饰时 的必不 可少的 因子。 其间 要给谷 氨酸残 基引入 
羟基。 即将 C0 2 进行 参人。 此 反应需 要分子 氧和氢 醌型的 维生素 K。 至于 维生素 K 在此羧 
化作用 中所起 的化学 作用, 则尚 未确定 下来。 




. a- 生育酚 



91 — 




,CH, 二法 5? 基焦 8 眩 SI 




2- 甲基萘 H 



维生素 K 的重 要拮抗 剂为双 香豆素 〔3, 3'- 亚甲 基-二 (4- 羟 基香豆 3)〕 和苯丙 香豆素 
CS- ("- 苯 丙基) -4- 羟 基香豆 素〕, 它们 在医学 上用于 降低血 液的凝 固能力 (如 患有 血栓形 
成倾向 时)。 此药 大剂量 有毒。 



维生素 K 拮抗剂 的大量 使用, 为人类 维生素 K 缺乏病 的常见 病因。 这在 医学实 践中、 并 
非 少见。 所 以在用 维生素 K 拮抗 剂防止 血液凝 固的过 程中, 总 要仔细 地控制 剂量。 

由营 养不良 引起的 维生素 K 缺乏病 实际上 没有, 因 为人类 的肠内 菌丛可 产生许 多维生 
素 K, 足够 提供体 内所需 要的。 



我国早 在公元 六世纪 已有维 生素缺 乏病的 记载。 如隋 唐时的 孙思邈 (公元 581〜682 年) 
已知 维生素 缺乏 病一脚 气病是 一种食 米区的 疾病, 当时虽 还不知 道米糠 中含有 Vit ,但 
E 知 可用谷 皮熬成 米粥来 治疗, 也 可用它 来预防 该病的 产生。 孙 思邈用 猪肝治 疗雀目 (夜盲 
症), 后来 人们才 知道是 因缺乏 Vit A 所引 起的, 猪肝 中含有 丰富的 Vit A, 故 能治疗 此病。 

袓国医 学是数 千年来 劳动人 民与疾 病斗争 的经验 总结, 是 来源于 实践的 医学, 限 于当时 
^科学 水平, 不 可能知 其然。 如" 肝 开窍于 目", "肝" 与" 目" 在解 剖部位 上相距 甚远, 两者为 
何^^ 生联系 ?这是 临床实 践仔细 观察的 结果。 如用" 平肝法 "可治 疗眼病 ,而肝 病变则 也可影 
响枧力 。现 在知道 Vit A 主要 储存于 肝中, 肝病 变引起 Vit A 储存不 足时, 可 出现暗 适应的 
延长 和视力 减退, 疾病再 进一步 发展, 就可 能出现 雀目。 

中 药治疗 疾病机 理是复 杂的, 但是目 前研究 发现, 很多 中药中 含有丰 富的维 生素, 如当 
归是 补血、 养 血的常 用药, 现发现 它含有 Vit B 12 、 叶酸、 Vit A 及少量 Vit PP 。当 归主根 
100g 中, VitB :2 约含有 0.43^g, 虽然还 不能满 足正常 人每天 l,ug 的需 要量, 但也不 能否定 
其中 Vit B 18 及叶 酸对" 补血" 的 作用。 在动物 实验中 发现, 当 归有抗 Vit E 缺乏 作用, 且有增 
加肝组 织的耗 氧量, 以及促 进全身 的代谢 作用。 

在 开胃健 脾的中 药中, 很多 都含有 B 族维 生素, 如谷芽 、変芽 中含有 Vit 山楂 中含有 
Vit B lle 鸡內 金是常 用的消 导药, 它含有 Vit Vit B ? .、 烟^ 和 Vit C、 以 100g 计算, 含 
Vit C 为 0.12mg, 还 原型占 92%, 氧 化型占 8%。 大枣能 补脾和 R, 益气 生津, 调 营卫, 解 药毒, 






双 香豆素 



苯丙 香豆素 



笫四节 维 生素与 中医药 



«— 92 — 



是常 用的补 益药。 它除了 含冇^ 白质、 糖类、 冇机 酸外, 还含有 Vit A、 Vit 8 2 和 Vit C Q 
附尕 维生 素简表 (表 5-1) 



附 维生 素简表 



名称 


来 25 及 稳定性 


* I/) fiS 
土 3v -yj us 




i% B? EH )^ 


A 


动 物肝、 蛋、 乳, 

胡萝 卜、 玉米等 含初萝 卜 

素拉物 

易氧化 破坏, 对光 不稳定 


1. 构 成视色 素成份 

2. 维持上 皮细胞 的正常 

功能 

3. 促进生 长发宵 

4. 抗 癌作用 


11- 顺式 视黄醛 


用于 夜盲症 等缺乏 病和抗 

m. 过 s 中毐 


D 


动 物肝、 蛋、 乳 
皮下含 D 3 原对热 稳定 
避光 和无氧 时稳定 


参 与钙、 磷代谢 调节, 
促进成 骨作用 


l,25-(OH)a-D, 


儿童: 佝偻病 
成人: 软骨病 
过 量中^ 


植 物油、 蔬菜 
E 极易 筑化 钗坏, 对 光不稳 

定 


1. 抗 氧化, 保护 生物膜 

2. 维持正 常的生 殖机能 

3. 抗袞 老作用 




用于 流产. 早产及 抗衰老 


K 


肝、 绿叶 蔬菜, 

肠 道细菌 合成, 耐热、 对 

光 不稳定 


1. 参与 凝血因 子合成 
活化凝 血糠原 

2. 氧化还 原作用 




用 于凝血 障碍、 新 生儿出 
血等 


硫辛酸 


肝、 豆、 谷等, 与 维生素 
8,同 时存在 


1. 化脱羧 SI 系 
辅酵 

2. « 化还 原作用 


LTPP 


试用于 肝炎等 


B, 


谷, 豆、 肝、 酵母 

酸性 稳定、 « 性时 易玻坏 


1. (I- 酮酸 氧化脱 羧酶系 
辅酶 

2. 维持祌 经系统 的正常 
机能 


TPP 


用于 脚气病 及胃肠 机能陣 
碍 


Bi 


#、 酵母、 肝, 蛋 及绿叶 

蔬 菜 

酸性 稳定、 碱性时 对光热 
不稳定 


构 成黄素 蛋白的 辅醃. 參 

与递 a 作用 


FMN 
FAD 


用于口 角炎、 舌 唇炎等 


PP 


谷、 豆、 肝、 酵母、 对热 

稳定 


脱氢 的^ 酶、 参与 递氢' 
作用 


NAD + 
NADP+ 


用于 康皮病 


B 6 


酵母、 蛋、 肝及绿 叶蔬菜 
肠道细 菌合成 


氨基酸 $$S3C 酶和 脱羧酶 
的 STBI 


P-B 6 -CHO 
P-B 6 -CH 2 NH, 


用 于妊娠 呕吐、 异 烟肼中 
毒 


泛酸 


酵母、 谷、 豆、 肝、 肠道 
细菌可 合成, 中 性稳定 


构 成辅酶 A 的成 分, 参与 

转 K 基作用 


HS-CoA 


用于 白血球 减少和 肝炎等 
的辅 助药物 


1 肝、 谷、 酵^、 蒗 菜肠道 
£W * 1 细菌 可合成 


羧化 酶的辅 基参与 羧化反 

应 




皮炎 


叶酸 


酵母、 肝、 绿叶 H 菜 
肠道 细菌可 合成, 酸性不 
稳定, 光, 热 可促进 其分解 


—碳 基团 转移 酶的橘 IS, 
參与一 碳基 团的转 移反应 


THFA 或 CoF 


贫血等 




肝、 肉、 鱼 

肠 道细菌 和霉菌 可合成 
pH5 时 稳定、 铽 性中易 
披坏 々 


参 与甲基 的形成 和转移 


CoBu 甲基 


用 于恶性 贫血等 


C 


新鲜 蔬菜、 水果 
酸性中 稳定、 碱性或 Fe、 
Cu 存在易 « 化破坏 


1. 参 与羟化 反应、 促进 
胶原 S 白合成 

2. 氧化还 原及解 毒作用 

3. 抗 癌作用 




用于坏 血病、 外伤 及职业 
中 毒等, 也试用 于抗癍 



, M — 



'第 五章 生 物大分 子物质 的分离 和提纯 

天 然生物 活性物 质中, 以 往研究 较多的 是小分 子化学 物质。 近十多 年来, 山于 生化、 免疫、 药理、 化学等 
研 究技术 的发展 和分离 技术的 改善, 逐步开 展对天 然药物 的大分 子生物 性成分 的研究 。 例如, 茯 苓中多 
糖成 分茯苓 多糖、 苦 瓜中胰 岛素、 天 花粉中 天花粉 结晶蛋 白等。 

药物 中的生 物活性 大分子 物质, 是 组成细 胞的有 机物, 主 要指蛋 白质、 ^酸、 糖 类和脂 类等生 物大分 
子化 合物。 其中, 多糖、 蛋白质 和核酸 的组成 单体: 均为小 分子化 合物, 故 称为分 子型大 分子化 合物; 而 
脂 类则直 接由许 多原子 组成, 故称 为原子 型大分 子化合 物。 

分子型 大分子 化合物 是由许 多小分 子聚合 而成的 分子量 很离的 分子。 如 淀粉由 200〜1000 个葡萄 糖分子 
聚合而 成, 分子 量为数 千至数 十万; 蛋 白质由 5 ;〜 336 500 个氡甚 耗分子 繁合 而成, 分子量 可高达 
40 000 000; 核酸由 4X10 2 〜10 '对 核苷酸 组成, 分子 可超过 2 X ! 9 。 

研究 药物中 所含生 物活性 大分子 物质, 已成为 研究中 药学的 迫切任 务之一 „ 

第一节 生物 大分子 物质分 离与提 纯的一 般程序 

生物 体内含 有很多 种生物 六分 子物 质, 并与 小分子 物质一 起处于 混合' 本 系中。 因此, 要 研究某 种生物 
大分子 物质的 结构与 功能, 首先要 从复杂 K 大 分子体 系中分 离出该 物质, 并进行 提纯。 分离 与提纯 的结果 
是 否达到 要求. 就必 须进行 分析鉴 定。 

分离. 提 纯生物 大分子 物质 的主要 依据是 生物大 分子物 质的理 化性质 不同. 在不 同的溶 剂中有 不同的 
溶 解度、 带有不 同的电 荷戎电 荷量; 体积和 比重的 不同; 抗原 性的不 同等. 

由 f 各种 大分 子物质 性质上 的差昇 很大, 因此, 不可能 有一^ 定的程 序适用 于各类 大分子 物质的 分离方 
法。 但 多数分 离工作 中的关 键部分 和基 本手设 还是共 同的。 

分 离的第 一步是 细胞的 破碎, 然 后用适 的溶剂 浸出有 效成分 。第 二步, 常常 是用过 滤法去 除粗的 杂质, 
或 用离心 法将细 胞的亚 细胞颗 ^ (细 胞核、 线 粒体、 微粒体 或核糖 体等) 与溶液 分开。 上述两 步常称 为前处 

生物体 

"~7^- — | 

I >) St5?、 溶解、 离 心分离 
1/ ^ 

无细胞 抽提液 

核&等 "1 

_ :/ ~ ~ 

溶解度 分级法 ' 
等电点 沉降法 







1 




抗原 抗体法 
亲和 层析法 




分 子筛法 


— > 


离子 交换屄 析法 



I 



电泳法 

1 

I ^ 精制 后的 蛋白质 5^1 ― 

图 5-1 蛋白质 分离提 纯的一 般程序 



前处理 1- T 粗分级 1 一 



! ; 细分级 

K — 



— 94 — 



迤。 提纯 的第一 步是粗 分级, 可采用 几种溶 解度分 级法。 常用 的是硫 酸铵法 和等电 点沉^ 法. 能除 去大量 
杂质, 得到粗 制品。 第二 步是细 分级, 将. 粗制品 进一步 纯化。 常用的 方法有 各种层 析法: 离子交 换层析 

(DEAE- 纤 维素、 CM- 纤维素 )、 分子 筛层析 (Sephadex, Bio-gel 等) 和 吸附层 析法. 有时 也用抗 原抗体 
法或 亲和层 析法, 以及免 疫吸附 亲和层 析法。 若是 小规模 制备, 则层析 之后, 继之可 使用制 备区带 电泳. 
等 电聚焦 等方法 进一步 纯化。 如有 可能. 还 可以进 行结晶 提纯, 以便得 到高纯 度的天 然生物 大分子 物质的 
样品. , 

例如, 从一 些天然 原料制 备某些 酶和激 素等蛋 白质类 药物, 其分离 提纯的 一般程 序如图 5-1 所示. 

! . 第二节 材料 的选择 和处理 

生 物大分 子物质 在不同 的生物 体内, 不同的 组织器 官内. 不 同的细 胞内, 甚至 在不同 的细胞 器内, 含 
量有 高低, 功 能亦有 差异. 因 此在提 取某种 生物大 分子物 质时, 要对材 枓进行 选择, 采取 适当的 处理方 
法, 以 获得最 高的产 率和最 有效的 成份。 

一. 材料 的选择 

提 取生物 大分子 物质的 材料, 来自 动物、 植 物和微 生物。 选择材 枓的原 则是, 首 先选择 活性成 分含量 
较高的 材料, 而且材 料来源 丰富。 例如, 动物的 胰脏是 提取蛋 白酶, 包 括胰蛋 白酶、 糜蛋白 酶及核 糖核酸 
酶等的 材料, 猪 和牛的 心脏是 提取细 胞色素 C 的材 料。 由于 物质的 不同, 在不 同材料 中所得 同一种 物质可 

存 在种属 釜异。 由于 性别. 年龄、 季节、 词养及 培养条 件等的 不同, 也 会有质 和量的 变化, 

. 其次, 被 提取的 材料要 新鲜, 并 在低温 条件下 贮存。 被提取 的生物 大分子 物质, 有 些本身 是酶, 或者 

与酶 共存, 若材 料搁置 过久, 或 未置于 低温条 件下, 则生 物大分 子物质 易受到 破坏, 含量 降低。 

二、 细胞 的破碎 

生物大 分子物 质绝大 部分存 在于细 胞内, 有些存 在于细 胞外。 例如 微生物 在生长 过!! 中. 会将 一些细 
胞外 酶分泌 到发酵 液内, 在细 胞内仍 有进行 各种代 谢过程 的细胞 内酶, 若要提 取细狍 外酶, 无需 使细胞 破砗; 
若提 取细胞 内酶, 则要将 细胞破 碎才能 进行。 细胞 内酶, 有些存 在于胞 液内, 大 部分则 结合于 细胞器 膜上, 
或在细 胞器基 质内。 因之. 首先要 破碎细 胞膜, 再破 坏细胞 器膜性 结构。 例如, 细 胞色素 C 结合在 线粒体 
内膜 外侧, 只有 将细胞 破碎, 再 用三氯 醋酸破 坏线粒 体膜性 结构, 才 能将该 酶提取 出来。 

根据 选材的 不同, 采 用不同 的破碎 方法。 

动物 组织可 采用研 磨法。 丙酮 干粉法 和超声 波处理 法等, 植 物组织 可用石 英砂等 与适当 的提取 液混合 
研磨. 即 能破碎 细胞。 

研磨 作为一 种破碎 细胞的 方法, 可采 用多种 技术。 最温和 的破碎 是用手 操作研 S 本和 研杵。 用这 种方法 
进 行研磨 而制得 的组织 勻浆, 常 用作线 粒体、 溶酶体 与微粒 体等细 胞器的 来源。 研磨 的另一 种工具 是勻架 
器, 有 用手操 作的勻 浆器和 马达驱 动的匀 浆器。 马 达驱动 的勻桨 器由于 研磨速 度快, 必须在 勻浆器 外用套 
筒 冷却, 以防 提取物 变性, 

微生 物的细 胞壁, 系 由高分 子物质 构成, 非常 坚韧, 因此要 使细胞 破碎, 就必须 使细胞 壁结构 中的共 
价键 破裂。 破 碎方法 分为三 大类, 见表 5-1。 

细胞 破碎的 程度可 用显微 镜直接 观察, 也可用 分度管 (Graduated Tube) 检^. 将破碎 细胞的 f: 浮 
液装 于分度 管内, 离心 3 分钟, 未碎的 完整细 胞首先 沉降, 在 它上面 系细胞 碎片, 再上面 是细胞 R 组^. 
每层的 相对含 量即表 示细胞 的破碎 程度. - 



— 96 — ? 



h 5-1 



a. 不 




原 理 


温和的 






细 胞瑢解 


红细胞 


渗透 压破碎 细胞膜 


磨消化 


溶 菌酶处 理细菌 


细 胞壁被 消化, 导 致渗透 压苡碎 -3 胞膜 


化 学溶解 / 自溶 


甲苯抽 提酵母 


细胞壁 (膜) 局部 被化学 溶解, 溶解的 嗨 完全 释放 


手^ 作 勻浆器 


肝组织 


游离细 胞通过 狭缝, 细胞膜 披撕谇 


剁碎 (研磨 ) 


肌肉等 


在剁 碎过程 中细胞 受剪切 力破碎 


(Mincing-Grinding) 






适中的 






电动 匀浆器 


肌肉、 大 动物的 组织. 植 物组织 


将大块 组织切 成小块 


加研磨 剂研磨 


植物 组织、 细菌 


细微 的粗糙 物撕裂 细胞壁 


(如石 英砂, 矾土) 






剧烈的 






法兰西 压榨器 


细菌, 植 物细胞 


游离细 胞受高 压挤出 小孔, 并受 剪切力 而破碎 


(French Press) 






超 声破碎 


细胞 悬浮液 


微型 高压声 波的剪 切力与 空化作 用使细 胞破碎 


球磨机 (Bead Mill) 


细胞 悬浮液 


快 速振荡 的玻璃 球撕裂 细胞壁 


Minto-Gaulin 勾浆器 


细胞 悬浮液 


与 法兰西 压榨器 相似, 但其规 模较大 



三、 亚细 胞结构 的分离 

细 胞中的 物质, 如蛋 白质、 核酸、 脂类和 糖类等 大分子 物质, 首先 按一定 的方式 组成各 种亚基 或生理 
活 性单位 小体, 然 后形成 各种特 定的细 胞器. 组 成细胞 的各种 细胞器 的相对 大小和 数量、 生 理功能 与成分 



51 表 5-2 与表 5 - 3。 

表 5-2 -" 细胞 器的相 对大小 与数量 



细胞器 


名 称 


相 对容积 
(与 最小的 细胞器 一 核锭体 相比) 


大致数 B 


核 糖 


体 


1 


100,000,000 


线 粒 


体 


1,000, 000 


700 


叶 绿 


体 


15,000,000 


100 


细 胞 


核 


200, 000, 000 


1 



分 离各细 胞器是 分离、 提纯结 合在细 胞器上 特定大 分子物 质所必 需的. 
从被 破碎的 细胞来 分离细 胞器, 常用的 是差速 离心法 或密度 梯度离 心法。 为了伎 细胞器 部分能 保持原 
来的 形态、 结构和 功能, 破 碎细胞 时需在 适当的 介质里 进行. 一 般常用 的水性 介质如 柠檬鲛 或蔗糖 溶液, 

表 5 - 3 各 种细胞 器的生 理功能 与成分 



细胞 器名称 


生 理功用 


组 分 


备 注 


细胞壁 


保护、 支持、 定形、 运^ 


纤 维素、 半纤 维素、 木 质素. 脂类 


植 物及微 生物冇 


细胞獏 


保护、 运^、 识别 


械 

Sim 

m 




内 质网及 核糖体 


合成 蛋白质 和脂类 


磷脂、 蛋白质 .RNA, 合成蛋 S 
质和 脂类的 酶系统 





96 ., 



鈿胞 器名称 


生 理功用 组 分 


备 注 


粒体 


有机 物的氧 化与能 fi 释放 


« 脂、 蛋 白质, 核酸. 呼吸传 递体, 
三羧 酸循环 薛系, ATPH 




叶绿体 


通过 光合作 用使无 机物转 化成有 

> 机物、 IC 备能量 


' 磷脂. 蛋白质 , 核酸、 光 合传递 
体, 光合 色素, 碳同化 » 系, ATP 


绿色 植物有 


高 尔基体 (内 质两) 


代谢, 分泌, 排泄 


» 脂、 蛋白质 、糖和 脂类代 谢»系 




细 跑微管 (纤 毛. 鞭毛、 
中 心体) 


细胞 分裂, 运动, 支^、 感觉 


蛋 白质、 供应 能量的 薛系统 


植物 较菏单 


核胰 


控制核 -质间 的物质 交流、 细^ 内 
其他 膜结构 的起源 


m 
钹 

1 




染色质 (染 色体) 


传递 遗传信 息与控 制细胞 生命活 

动 


DNA, 蛋白质 




核仁 


产生 核糖体 


DNA,RNA, 蛋白质 




核液 


核 酸代谢 


合成 核酸的 翁系统 





非水 性介质 如四氯 化碳、 苯 和环己 烷等. 
差速 离心法 分离细 胞器: 



新 鲜组织 
I 介质, 机 械破碎 

匀浆 

| 800 10 分钟 ' 



1 

细胞核 

(包 括未玻 碎细胞 和组织 碎片) 



i 

上清液 



线 粒体、 溶酶体 
和过氧 化氢体 



10, 000 X #15 分钟 

上 4 液 

100, 000 2 小时 



微粒体 
(内 质网 等的小 碎片) 



1 

上清液 
(胞 质液) 



在差速 离心分 离时, 有些细 胞器的 沉降速 度差别 不大, 可利 用密度 梯度离 心法. 在密度 梯度溶 液中, 



if. 勾浆 10, coo 
上潸液 



0.25 M 
10ml 



1.23M 
13ml 



2.1M 



133.0O0xg 
4 小时 



H 可瑢 g 白 

光 面内质 PJ 



扭面 rtffiB 



图 5-2 密度 梯度离 心分离 肝细胞 内质网 



i 种 物质因 体积. 形沃 和密度 的不同 而分别 滞留在 离心管 的不同 高度, 形 成几个 区带。 离心 一次可 同时分 

离出几 种成分 (E5-2). 

四、 生物 大分 子物质 的袖提 

生 物大分 子物质 有些处 于游离 状态, 有些处 于结合 ^态. 处于 游离状 态的存 在于体 中, 可直 接进行 
分 离与提 纯; 处于结 合状态 的则需 采用适 当的方 法使其 溶解, 才 能进行 分离与 提纯. 
(-) 蛋白质 的抽提 

有 生物活 性的蛋 白质, 一般存 在于细 胞内。 细胞破 碎后, 要 用适当 的溶剂 (如 水、 稀盐 溶液、 缓冲液 
等) 将蛋 白质^ 解 出來, 再用 离心法 除去不 溶物, 得 到粗提 取液, 水适 用于白 3 白类 3 白质的 提抽。 如果 
抽 提物的 pH 用 适当的 缓冲液 控制, 其 稳定性 和溶解 度都能 增加。 球 蛋白类 蛋白质 能溶于 稀盐溶 解中, 0.1 
mol/L NaCl 是典型 的稀盐 溶液。 膜 结构蛋 白如脂 蛋白, 用稀的 去垢剂 (如 SDS) 、洋地 黄皂甙 (digitonin). 

胆 盐溶液 或有机 溶剂来 破坏膜 结抅, 抽提蛋 白质, 其他 不溶于 水的蛋 白质, 通常 用稀无 机酸或 碱溶液 抽提, 
但 这 样处理 可能会 部分改 变 蛋白质 的结 构, 

提取植 物蛋白 质时, 要特别 注意提 取液的 pH 值, 因 为在细 胞破碎 以后, 植 物液泡 里的物 质能改 变提取 
所用缓 ^液的 pH:'A, 因此, 在操作 时可加 入适量 的碱. 也有用 稀碱液 提取; '! 勺, 另一有 效的办 法是把 植物组 
织制成 = 丙酮干 粉后, 再用 适当的 缓冲液 提取。 
(二) 核酸 的抽提 

在生物 ^内核 酸往往 与蛋白 质形成 复合& —— 核 蛋白而 存在, 分为脱 氧核糖 核蛋白 (含 DNA) 与核糖 
核蛋白 (含 RNA), 脱氧核 糖核蛋 Ci 与抆^ 核 蛋白的 分离, 主 要利用 它们在 O.Umol/L NaCl 溶液 中溶僻 
度 的显著 不同, ^氧 核糖核 蛋白在 0.14mol NaCl 溶液中 溶解度 很低, 只 及它在 纯水中 溶解 度的 1%, 而在 
】mol/L NaCl 溶液 中, 它的溶 解度至 少是在 水中的 2 倍; 反之, 核糖核 蛋白在 0. Umol/L NaCl 中 溶解, 
利 用这一 特点, 可 ^ 脱氧 核糖 核蛋白 与核獰 核蛋白 分离。 ' 

1. DNA 的提取 从脱 氧核糖 核蛋白 提取液 中去掉 翬白质 的方法 很多, 常用 的有: ① ^仿一 异戊醇 
法: 脱 氧核耪 核蛋白 溶液中 加入等 体积的 氯仿一 异戊醇 (24:1 V/V) 混 合液, 激烈 振荡, 离心, 上层 水液含 
DNA、 蛋 白质, 下层为 氯仿一 异 戊醇, 两层之 ^ 为蛋白 凝胶。 上 层水液 重复用 氯仿一 异戊醇 混合液 去蛋白 
数次, 直至中 间蛋白 层极少 或消失 为止。 上层水 相再用 95% 乙醇 沉淀出 DNA。 ②去垢 剂法: 是目 前最常 
用的 方法。 因 为这种 方法可 以 获得一 种很少 降解, 而 又可以 复制的 DNA 制品。 阴离 子去垢 剂的优 点是, 既 
能使 DNA 与蛋 白质解 离, 同时 X 能使 蛋白质 沉淀。 ③ 苯 酚法: 用 水饱和 酚去除 蛋白, 操作与 ① 相似. 

2. RNA 的提取 从 核糖核 蛋白提 取液去 除蛋白 质的方 法有: ① 浓盐 fe: 在 10% NaCl^ 液中 加热至 
90t!, 离心^ 去 不溶, 物, 加 乙醇使 RNA 沉淀, 或调等 电点使 RNA 沉淀. ②去垢 剂法: 常用 去垢剂 是十二 
烷基 硗羧钠 (SDS), © 苯 酚法: 用 ^ 体积 ® 热至 65°C 的水饱 和酚加 到粗提 液中, 摇匀 后置于 65t! 水 浴中振 
荡 iq 分钟, 再 在冰浴 中振荡 10 分钟, 离心。 上层 水相含 RNA, 下层为 酚层, 中间为 蛋白质 与少量 RNA. 

上层 7JC 相 竟复用 去 除蛋白 数次, 直至中 层有极 少或无 变性蛋 白质. 上层永 相再用 95% 乙踪 -2% 醋酸^ 沉 
淀 RNA. @ 氯饬 一异戊 醇法: 同 DNA 提取。 

若要 提取接 近天然 状态的 RNA, 可采 用后两 种方法 制备. 
(H) 多糖 的抽提 

由于生 物体内 含有糖 类的水 解酶, 必须 用适当 的方法 破坏或 抑制酶 活力, 始能提 取原始 形式的 糖类. 
龟温 可使塘 甙 键发生 交换, 多 糖的生 物活性 会发生 改变。 

下述 提取与 分离的 方法, 适 当综合 采用, 以期达 到分离 成单一 多糖的 目的。 

1. 溶剂 提取法 常 用的方 法有: 冷水及 温乙醇 提取, 冷水 提取、 温氷 提取与 稀碱液 提取的 连 续提取 
法. 温水提 取法的 ^ 取浓 中有蛋 白质, 可用酸 化法除 去之。 二 其中多 糖类用 锏盐 或铅盐 分莴. ^碱 欲提取 
U<J '- 加入 硼狻. 可 使不易 溶解的 多糖形 成硼 酸络合 物多糖 而易被 抽提. 



― 98 ― 



2. 层析 分离法 提 取液是 糖的混 合液, 借助 于柱层 t 斤可 分离 成各种 单一多 3. 柱层折 吸附剂 有活性 
炭. 粘土, 纤维素 •、 淀 粉等。 还 有利用 糖类与 硼酸结 合成络 合物, 在强碱 & 树脂上 进行离 子交换 分离, 以 
及用 凝胶过 滤等方 法来分 离糖类 成分. 使用适 3 的担^ 来分 离有 活性的 多糖' 已成为 目前分 离多搪 的主要 
手 段. 

第三节 分离 和提纯 各种生 物大分 子物质 的原理 和技术 

分离 提纯各 种生物 大分子 物质, 主要是 根据各 种物质 分子的 ^积 大小, 在 某种特 定溶剂 中溶解 (溶解 
度) 的 难易, 分子所 带电荷 的性质 (正 或负) 及 强弱, 分 子与某 种特定 吸附剂 的亲和 力大小 等差别 来进行 
的。 

.. 一、 利用溶 解度进 行分离 和提纯 

. . 常用 盐类. 或 有机; 容剂来 分离、 ^纯各 # 生物大 分子 物质。 用盐 类沉淀 分离大 分子物 质称为 盐析. 用有 

k 溶剂 提取大 分子^ 质常 涉及沉 淀、' 萃取 和分配 层析等 技术. . 

(一) 盐^ 

. 常用. 硫 酸铵、 硫 酸钠、 氯 化钠等 盐类, 配制成 一定浓 度的盐 溶液, 由 于正, 负离 子对水 偶极子 的静电 
引力, 生物 大分子 失去周 围的水 化膜, 压缩双 电层而 沉淀, 改变盐 溶液的 浓度尚 可使 不同组 分分步 沉淀, 
达到 分离的 目的。 

最常用 的无机 盐是硫 酸铵, 因为硫 酸铵在 水中最 稳定. 溶解 度大, 在 25°C 能得到 4.1Q101/L 的浓度 
(温度 不同稍 有差别 ); 它是最 温和的 试剂, 提 纯时, 即使硫 酸铵的 浓度^ 高, 也不会 引起蛋 白质一 类大分 
子 物质的 变性. 在蛋白 质的分 步分离 技术过 程中. 常 使用逐 步增加 硫酸铵 浓度的 方法, 使不 同的最 白质逐 
步沉淀 出来, 而达到 分离和 提纯的 目的。 目前 使用硫 酸铵分 级的改 良方法 一反抽 提法, 其原 理是, 先用高 
浓度硫 酸铵沉 淀较多 量的蛋 白质, 然后用 适当浓 度的硫 酸铵溶 液抽提 沉淀。 此法 的优点 在于, 从沉 淀中溶 
解下 来的蛋 白质为 用一般 分级所 得蛋白 质提纯 程度的 四倍. 而蛋白 质溶液 能被大 大地浓 缩。' - 

经 盐析法 所得的 蛋白质 沉淀, 在进 一步提 纯前, 常要 除盐。 除 盐的方 法有透 析袋透 析法、 分子 筛层析 
-Sephadex G-25 柱层 析法和 纤维过 滤透析 法等。 经透析 后所得 蛋白质 溶液体 积显著 增加, 需 浓缩. 

浓缩蛋 白质的 方法。 提纯蛋 白质过 程中, 为 了操作 方便, 要减 少样品 体积。 如凝 胶过滤 层析要 求较小 
体积, 必 须浓缩 样品。 硫 酸铵分 级法可 浓缩蛋 白质, 但 样品中 含有无 机盐. 用固体 Sephadex G-25 吸水膨 
胀可去 除大量 水份, 但不能 去盐。 采 用冻干 法或真 空冷冻 干燥法 对大体 积的样 品也不 适宜。 

现 常用浓 缩大分 子物质 的方法 有火 棉胶袋 浓缩、 聚 乙二醇 浓缩和 超滤膜 浓缩。 ① 火 棉胶袋 浓缩: 火棉 
胶 薄膜一 般可通 过分子 E 为 10,000 的 物质。 将取制 成特殊 形状的 小袋, 待浓 缩的大 分子物 质置于 其中, 此 
袋置 于吸滤 瓶内, 轻轻 减压, 水及 无机盐 等小分 子物质 则流向 膜外, 大 分子物 质即被 浓缩, ② 聚乙 二醇浓 
: 縮: 待浓 缩物置 于透析 袋内, 袋封 闭后, 用 冷的聚 乙二醇 (PEG 6000) 粉末涂 于透析 袋外, 置于 4t! 下, 干 
'的 PEG 粉 末吸收 水分和 盐类, 大 分子溶 液即被 浓缩, PEG 吸水 的速度 很快, 浓縮所 需时间 极短。 ③ 超滤 
膜 浓缩: 不同型 号的超 滤膜可 用来浓 缩分子 量不同 的物质 (表 5-4). 由于 每种膜 都有一 定的分 子量截 止值, 
i 比此 值更大 的分子 不能透 过膜。 所以, 超滤 膜不 0T 有浓缩 作用, 而 且还有 除盐、 分 级.' 纯化的 作用, 但 
分 辨力远 不及分 子筛层 析法。 此 法操作 方便、 迅速、 温和, 处理 的样品 量可大 可小。 此浓 缩装置 叫超滤 
器, 有封 闭式, 搅 拌式、 湍 流式和 细管层 流式。 根 据待浓 缩样品 的浓度 高低、 量的大 小和稳 定性来 决定采 
用 适宜型 式的超 滤器。 

(二) 有 机溶剂 沉淀法 

乙 醇和丙 酮等有 机溶剂 分子有 一定的 极性, 对水分 子可形 成氢键 而相互 吸引. 因此, 大 量有机 溶剂加 



表 5-4 Diailo 超 滤膜的 分子量 截止值 



胶名称 


分子量 截止值 


孔的 大约平 均直径 (人) 


XM-200 


300,000 


140 


XM-ioo 


100,000 


55 




50, 000 


30 


PM-30 


30,000 


22 


UM-20 


20,000 


18 


PM-io 


10,000 


15 


UM-2 


1,000 


12 


UM-05 


500 


10 



入 f 能使 生物 大分子 脱水而 沉淀。 

在蛋白 质分级 分离过 程中, 操作时 的温度 越低, 蛋白质 的沉淀 越多, 得到 的活性 蛋白质 越多。 丙酮与 
蛋白 质接触 的时间 要尽可 能短, 以防止 蛋白质 变性. 



(三) 萃取泫 

利用 各种组 分在不 相混溶 的两种 溶剂中 溶解度 (其 比值称 为分配 系数) 不同 而进行 分离, 为了提 窩分离 
效果, 常重 复多次 萃取, 此方 法称为 逆流分 配法, 此法常 用于分 离各种 类型的 核酸, 特别是 用于分 离某些 

类型的 RNA 和 激素. 

近 年来, 发展了 应用一 种氷溶 {i 非离子 型多袞 体提 纯酶的 方法, 如用聚 乙二醇 (PEG) 从 水溶液 中提取 
肾上 腺中的 葡萄糖 -6- 磷酸脱 氢酶. 

(四) 分 S 层析 

原理 与萃取 法同。 萃 取法常 在分液 漏斗中 进行, 分配层 析则 在纸上 (纸层 析), 柱上 (充 填物 为纤维 素或硅 
胶 柱层析 )、 或 薄片上 (用 硅胶 制成, 薄层 层析) 进行. 随 着溶剂 在充填 物中的 毛细管 孔隙内 扩展, 溶剂 
中的 水分 子被纤 维素、 硅胶 等吸附 而不能 移动, 成为固 定相; 有机溶 剂则继 续扩展 向前, 成为流 动相. 各 
种溶 质因分 配系数 不同而 在两相 之间进 行连续 分配, 当 分子量 差别不 大时, 极 性低的 溶质移 动速度 较快, 
极性 7 葛 的速度 较慢, 因 而可被 分离. 

这类 方法, 在 分离生 物大分 子物质 应用不 广泛, 常用于 糖类与 脂类的 分离. 

(五) 高压液 相层祈 

在普 通的分 配层析 (液相 层析) 的 基础上 作了两 大改进 :① 充填物 的颗粒 较细而 均勻, 增加 了它的 比衷面 
积, 提 高了单 位体积 层析柱 的分离 效果, © 充填 物颗粒 变细, 引起 毛细管 的孔径 缩小, 液体 通过时 的阻力 
增大, 流速 减慢. 因此, 增用抽 液泵对 流入层 析柱的 样品液 或洗脱 液施加 压力, 使流速 增加, 以达 到快速 
分离的 效杲。 附有一 个或多 个检测 系统, 如紫 外线、 荧光、 电导 及折射 等探测 仪器, 能连续 地监测 从柱上 
3 出的冼 脱液的 组分, 以了解 混合物 中各种 组分在 流出液 中出现 的先后 次序和 数量变 化等, 并能作 出数字 
或曲线 记录, 

髙 压液相 层析已 被成功 地用来 分离大 鼠脑垂 体中的 P- 内 啡肽, 用 于蛋白 质分离 目前也 取得了 进展. 如 
采用 多孔玟 璃珠表 面键合 甘油丙 基硅烷 (Glycophase G) 或与 DEAE 共 聚等固 定相, 可 用来分 离各种 li 
•ilS 白. TSK-G 3000PW 类的 新型有 机凝胶 柱可达 20,000 板 /m, 并已 作为商 品用来 分离蛋 白质. 

二. 利用 电荷进 行分离 和提纯 
(-) 离 子交换 层析法 



― 100 — 



离子 交换是 指离子 在液体 和固体 间可逆 交换, 但 固体结 构并不 改变. 离子 交换剂 是各种 带有不 同正、 
负 离子基 团的不 溶性树 脂或充 填物. 带 有阴离 子成分 的磺酸 型和羧 酸型等 树脂, 它们能 吸引阴 离子, 故称 
为阳离 子交换 树脂. 带有阳 离子成 分的季 铵型和 伯胺型 树脂, 它们能 吸引负 离子, 故称为 阴离子 交换树 脂. 

分离 生物大 分子最 常用的 离子交 换剂有 二乙氨 基乙基 纤维素 (DEAE-C) 和 羧甲基 纤维素 (CMC). 它们的 
交换能 力;^ 'fe 质 温和, 分离效 果好. 在 操作过 程中, 控制 溶液的 PH, 使 样品各 组分电 荷发生 改变而 进行分 
离. 二乙 氨基乙 基能作 为阴离 子交换 基团, 如 蛋白质 分子在 pH 比 其等电 点高的 溶液中 变成阴 离子, 因此能 
与 二乙氨 基乙基 结合. 反之, 蛋 白质在 pH 比其 等电点 低的溶 液中则 能与阳 离子交 换基团 结合. 被交 换的蛋 
白 质的洗 脱, 可 用梯度 盐溶液 或梯度 PH 溶液. 大量 纯化时 也可用 分步洗 脱法. 

离子 交换纤 维素在 提纯生 物大分 子物质 方面, 比较 成功的 例子有 透明质 酸酶. 凝 血酶, 组 蛋白、 蛋白 
水解 酶和细 胞色素 C 等. 

(二) 电泳 

溶液内 带电质 点在电 场影响 下向相 反电荷 的电极 移动, 称为 电泳. 其电泳 的速度 主要取 决于质 点所带 
电荷的 多少, 以 及分子 颗粒的 大小. 

电泳法 分离生 物大分 子物质 常用的 支持介 质有: 滤纸. 醋酸 纤维素 薄膜: 硅胶、 纤 维素、 氧 化铝薄 
层; 淀粉、 琼脂和 聚丙烯 酰胺凝 胶等. 根 据装置 的不同 有平板 电泳, 髙压 电泳、 不连续 的圆盘 电泳、 幕式电 
泳. 等速电 泳等. 

低压 纸电泳 已广泛 用于氨 基酸、 多肽、 蛋 白质、 核 苷酸、 核 酸以及 带电荷 的糖衍 生物的 分离. 醋酸纤 
维 素薄膜 在某种 程度上 已取代 了纸作 为支持 介质. 在临床 上巳广 泛用于 分离血 清蛋白 (包括 糖蛋白 和脂蛋 
白) 和血红 蛋白. 薄层 电泳对 于分离 氨基酸 和核苷 酸特别 有用, 分离 迅速, 分辨 率好, 并且 可用于 双向分 
离, 所以用 于进行 蛋白质 和核酸 水解产 物的" 指纹 图谱" 分析. 凝 胶电泳 分离高 分子化 合物的 混合物 特别有 
用, 非常适 合核酸 (特 别是 RNA 分子) 和 蛋白质 (包 括酶. 同 工酶. 结构 蛋白) 的 分离. 使 用时, 常按 样品分 
子量的 大小来 选择适 宜的凝 胶孔径 . 如表 5-5 所示. 等速电 泳和幕 式电泳 更适合 于分离 制备较 大量的 生物大 

分子物 质如蛋 白质. 



表 5-5 不 同分子 量范围 的蛋白 质和核 酸在凝 胶电泳 中所逸 用的凝 胶浓度 

















分子 量范围 


适用的 ^胶& 度 (%) 








20- 


-30 






1〜4X 10« 


15- 


-20 


9 白 


质 


4X 10 4 ~1X 10 s 


10 一 


-15 






1〜5X 10* 


5 一 


—10 






>5X 10 s 


2 一 


-5 






<io« 


15' 


-20 


核 


酸 


10'~10 ! 


5' 


-10 






10 S 〜2X 10« 


2" 


-2.6 



在 自由溶 液中, 离子和 溶液之 间的摩 擦阻力 最小, 离子 能迅速 迁移. 由于 相同分 子的电 荷特性 完全相 
同, 因此它 们移动 时趋向 紧密地 形成一 条带, 与电 泳迁移 率稍有 不同的 物质之 间形成 界面. 这种技 术称为 

自由界 面电泳 (Moving Boundary Eledrophoresis). 纸 电泳, 薄膜 电泳与 凝胶电 泳等则 系区带 电泳. 等 
速电 泳是自 由界面 电 泳抆术 之一. 

1. 等 速电泳 等速 电泳仪 分离样 品时, 可在水 平的或 垂直的 平面上 进行. 被 分离的 溶液. 一般 是含水 
的 介质, 含有蔗 糖者, 可使 溶液有 较高的 密度. 样品 中加入 一种髙 迁移率 的离子 (如氯 离子) 和一种 低迁移 
率 的离子 (如甘 氨酸离 子), 这两种 离子都 和被分 离的样 品离子 一样, 具 有相同 电性的 电荷. 

当样品 加到介 质的一 端时, 具有 髙迁移 率的离 子移向 相应的 电极, 拖 尾离子 (低 迀移率 离子) 相隔一 S 



— 101 — 



距 离跟在 后面。 迁移率 介于两 者之间 的样品 离子, 按 其各自 的相等 迁移率 排列在 领先离 子和拖 尾离子 之^. 
当样品 离子的 迁移率 十分相 似时, 可在原 来的样 品中加 入称为 "间隔 离子" 的 合成的 两性电 解质, 以 增加电 
泳的分 辨力. 这些 间隔离 子的迁 移率介 于样品 离子的 迁移率 之间。 因此, 把它 们安置 在样品 离子之 间有助 
于样品 离子的 分离。 间隔离 子与等 电点聚 焦中所 用的两 性载体 相同。 它 们在领 先离子 和拖尾 离子之 间确定 

了一个 pH 梯度, 与等 电点聚 焦原理 相同, 样 品离子 在这个 pH 梯度中 进一步 分离。 
等 速电泳 有很高 的分辨 能力, 可用 于多种 化合物 的制备 性和分 析性的 分离。 

2. 幕 式电泳 是低压 纸电泳 的一种 形式。 溶解或 悬浮在 一种适 当缓冲 液中的 样品, 连续加 到一个 垂直纸 
片的 顶部。 样品 由于受 到重力 作用, 通过缓 冲液袪 带下。 同时, 它的 带电成 分在电 场作用 T, 向水 平方向 
移动' (图 5-3). 



<! 定水平 63 
续冲 




^^收 集管 
图 5-3 幕式电 泳装置 



表 5—6 



生物大 分子物 质电泳 后的染 色方法 



化合物 


试 剂 


注 


蛋白质 


苯胺黒 醋酸溶 © 
溴酚蓝 -ZnS0 4 - 醋酸 
丽丝 胺绿, 酯 酸溶液 
丽春红 S. 甲 3?- 冰醋 餒溶液 
考马斯 亮蓝, 醋 酸-甲 溶液 
氨 基黑, 甲 醇-醋 酸溶液 


十 分灵敏 
定 量 
定 量 
定 量 
定 量 
定 量 


'糖 蛋白 


髙碘酸 氧化, E 夫 (Schii'f) 试 剂染色 
高碘酸 氧化, 甲苯胺 蓝染色 


*±t /飞 

疋 M 

定 量 




高碘酸 轼化, ^薇苯 铵染色 
阿 尔新蓝 (Alcine Blue) 


定 量 


脂 蛋 白 


苏丹黑 ,甲 醇溶液 • • 
油红, 乙 ^溶液 


定 量 
定 量 


核 故 

DNA 
RNA 


甲基緑 -焦宁 

浪化 乙噻啶 (Ethidium Rromide) 
甲烯蓝 

续化青 (Carbocyanine) 


RNA- 红色 
DNA- 蓝色 

紫蓝色 



一 102 — 



r、 



Pi 3 




-画 



mm 



55 白 白 01 $ 白 E 

12 3 



正 SHW 



顶 部缓冲 液液而 水平的 恒定' 确保了 缓冲具 有一个 稳定的 流速。 分 离后' 成份收 集在纸 片的锯 齿形下 
缘 底下的 一排试 管内。 对于一 个特殊 的样 品. 通过由 经验所 确定的 加样品 (力: 賈. 样 品和缓 冲液的 流速、 以 
及 所加电 压之间 的适当 配合. 可达 到最好 的分离 效果。 

幕式电 泳除用 于分离 带电大 分子物 质外' 也可用 于分离 不同类 型的细 胸' 细胸 脇和 细 胞器。 
电 泳后, 不 同的生 物大分 子物质 可用不 冋的^ 料 色以 鉴别之 (表 6 )。 I 

(=) 等电点 沉淀法 i 

生 物大分 子物质 在等电 点时' 其分 子内总 电荷等 于零。 这 
样, 其 分子颉 :立 £ 溶 液中不 存在因 相同电 荷而相 互排斥 的影响 ' 
其颗粒 极易相 冗凝^ 而 析出。 若溶 液中含 有多种 生物大 分子物 
质, 它们的 等电点 又相差 较大, 这就 可以将 溶液的 pH 调 到其中 
—种物 质的等 电点, 令其 沉淀. 借 以将不 同物质 分开。 

(四) 等电 点聚焦 

等电 点聚焦 (Isoelectric focusing) 简称为 电聚焦 (Ele- 
ctro-Focusing), 也 曾称为 等电点 分离、 等电点 划分、 等电点 

分析、 聚焦电 泳等。 蛋 白质、 多肽等 两性电 解质, 当将其 置于一 
个通直 流电而 产生的 PH 梯 度体系 中时, 不 同的蛋 白质和 多肽等 
在电场 作用下 移动, 并聚焦 于相应 于其等 电点的 PH 位置. 这就 
称为等 电点 聚焦。 pH 梯 度是由 加有两 性载体 (即等 速电; 'j: 中的间 
隔 离子) 的 溶液. 通 以直流 电时, 两 性载体 即形成 一个由 阳极到 
阴 极连续 增加的 PH 梯度。 这 种梯度 是由电 流来维 持的, 所以很 1 
稳定. 其原 理见图 5-4, 图 5-4 等屯 点聚焦 原理 示意图 

通常 用的两 性载体 为瑞典 LKB 公司 生产的 Ampholine 和瑞典 Pharmacia Fine Chemicals 生产的 Ph - 
armalyte 两种. 商品 Ampholine 为 40% 的 无色水 溶液, 其分 子量为 300~l 000, 可 测定的 pH 范围为 2. 5〜11, 

具有良 好的电 导性, 电场强 度分布 均勻, 

等电点 聚焦, 按支持 pH 梯度 的介质 不同, 可分为 两类: 以液 体为介 质和以 凝胶为 介质, 

如果 等电点 聚焦在 溶液中 进行, 则 需用密 度梯度 来防止 对流. 并保持 密度, 以避 免分离 了的物 质再重 

新 混合. 常用 蔗糖、 甘油、 乙 二醇、 甘露 醇或右 旋糖酐 做密度 梯度的 溶质, 在 LKB 等 生产的 电聚焦 柱内进 

行 物质的 分离。 

以 凝胶为 介质的 等电点 聚焦, 又分为 :以超 细颗粒 的葡聚 糖凝胶 G-75 和 G-200 或聚 丙烯酰 胺凝胶 (Bio- 
Gel P-60) 为介质 的制备 性颗粒 凝胶等 电点聚 焦板; 以聚 丙烯酰 胺凝胶 为介质 的凝胶 等电点 聚焦板 或柱, 
等电 点聚焦 柱所用 仪器为 圆盘电 泳仪。 

等电点 聚焦的 特点: 分辨 率高, 可区分 等电点 仅相差 0.02pH 单 位的蛋 白质; 无一 般电泳 存在的 扩散作 
用, 区 带越走 越窄; 很稀 的样品 溶液也 适用; 重复 性好。 

等电点 聚焦对 于一步 分离、 纯化和 鉴别蛋 白质已 证明是 十分有 用的, 由于它 有高分 辨率. 在鉴 别同工 
酶方 面特别 有用。 

(五) 免 疫电泳 

这是 电泳分 离蛋白 质和双 向凝胶 扩散免 疫沉淀 相结合 的一种 技术。 它能使 具有相 同电泳 迁移率 的物质 
通 过抗原 和同源 抗体之 间的特 异沉淀 反应来 检测。 

1. 扩 散电泳 含有 抗原的 混合物 样品. 先在 一个薄 的琼脂 板上进 行电泳 分离, 完 成这一 步后, 抗体混 
合物 加到琼 脂板的 适当位 置中, 混合物 向四周 扩散, 与此 同时, 抗原成 分也在 它的琼 脂位置 上辐射 地向四 
周 扩散。 抗 原与抗 体相遇 之处出 现弧形 沉淀。 所形成 的沉淀 数目相 当于不 同抗原 存在的 数目, 用肉 眼或染 
色 可检定 (图 5-5a). 



― 103 — 



扩 散申. 泳 — b. 对 流电泳 



抗 体琼脂 (抗 a +b +C+d) 




抗原 

«• 火 箭电泳 

图 5-5 三种免 疫电泳 示意图 



2. 对 流电泳 在琼 脂或琼 脂糖等 凝胶上 分别打 两孔, 阳 极端的 孔注入 抗体, 阴极端 的孔注 入抗原 (被 
检样品 ); 在 PH8. 6 左右 的缓冲 液中, 抗 原泳向 阳极, 抗体 由于电 渗作用 向阴极 倒退, 两者 相遇, 形 成特异 
的 免疫沉 淀线, 可用肉 眼或染 色检定 (图 5-5b). 

3. 火 箭电泳 抗体 与琼脂 凝胶、 缓 冲液按 比例混 合后均 勻地涂 在玻璃 板上, 待 测样品 (抗原 ) 置 于阴极 
端的 孔内. 在电 场中, 抗 原向阳 极移动 的同时 与琼脂 中抗体 结合, 形 成抗原 -抗体 复合物 沉淀. 未结 合的抗 
原继续 前进, 直 至消耗 (即 沉淀) 完 为止. 所形 成的火 箭形沉 淀峰的 高度与 抗原的 浓度成 正比, 以此 可半定 
量检 测样品 的浓度 (图 5-5C). 

上 述三法 尚可用 紫外光 吸收、 荧光 分析、 放 射活性 或光密 度计扫 描定量 测定. 

免疫 电泳最 常用的 介质是 琼脂, 也可 以使用 醋酸纤 维素、 淀粉 和聚丙 烯酰胺 凝胶. 

免 疫电泳 技术在 鉴别蛋 白质混 合物, 特别是 血清中 的各个 组分方 面非常 有用, 也 适用于 对蛋白 质制剂 
的纯 度控制 (检查 杂质) 和分 析体液 及组织 蛋白质 与同工 酶等. 对其他 大分子 物质, 若 这些大 分子物 质具有 
抗 原性, 相应 地制得 抗体, 也能 使用该 项技术 来进行 鉴定. 



十 


抗体 






1 

f 




o 


〇 


〇 




沉淀线 




〇 


〇 


〇 




、 




抗厣 






沉鄉 



\ 

\1/ /}\ \/ 



抗体筏 



— 1#4 — 



三、 利用 体积和 比重进 行分离 和提纯 
(一) 分子 » 层析 

分子筛 层析又 称凝胶 层析、 凝胶 过滤、 通透 层析、 凝 胶渗透 层析、 分子 筛过滤 等等. 

凝胶 是具有 网络状 结构的 多孔性 物质, 当一 种混合 物通过 它时, 混 合物中 各组分 可因分 子大小 不同而 
进行 分离. 不 同型号 的凝胶 颗粒网 孔大小 不同, 并 具有一 定的最 大极限 和最小 极限. 混合物 分子直 径小于 
网孔直 径时, 可以 进入胶 粒网孔 内部, 所以最 不容易 洗脱; 分子直 径大的 则不能 进入胶 粒网孔 内部, 中等大 
小的分 子则在 网孔内 外有一 定 的分配 系数. 因之, 洗 脱时, 大分 子最先 流出, 中等大 小分子 次之, 而小分 
子 则最后 流出. 故这种 层析方 法称为 分子筛 层析, 又 叫凝胶 过滤. 

由于这 种方法 分离效 果好, 设备 简单, 操作 方便, 因此 被普遍 采用. 目前 已成为 生物大 分子物 质提取 
时常用 的方法 之一. 常用 的天然 高聚物 凝胶, 如 淀粉、 纤 维素、 琼脂 及琼脂 糖等. 人工合 成的髙 聚物凝 

胶, 如葡聚 糖凝胶 (Sephadex), 聚 丙烯酰 胺凝胶 (Bio-Gel) 和琼脂 糖凝胶 (Sepharose) 等. 尚有 多孔玻 
璃 (Bio-Glas) 和多 孔硅胶 (Porasil) 作为分 子筛. 根 据网孔 大小, 分 成不同 型号. 葡 聚糖凝 胶约有 20 种型 



表 5 - 7 — 些葡聚 糖凝胶 的特性 







顯 粒大小 


分 级分离 的范围 (以 道尔 顿表示 的分子 ft) 


吸水值 


床体积 * 


« 胶 


型 号 




. 1 
多肽 或蛋白 质分子 fi j 


多糖 分子量 


(5水/ £ 干胶) 


(ml/g 干胶) 


Sephade 


x Gio 


40 一 


'120 




'700 




'700 


K0 


2 




G15 


40 一 


'120 




'1,500 




一 1,500 


1.5 


3 




G25 


100 一 


一 300 


1,000、 


'5,000 


100 一 


一 5, 000 


2.5 


5 




G50 


100 一 


一 300 


1, 500^ 


'30,000 


500 一 


一 10, 000 


5.0 


10 




G75 


40 一 


-120 


3 ; 000- 


'70, 000 


1,000 一 


-50,000 




12〜15 




G loo 


40 一 


"120 


4. 000 个 


'1C0.000 


1, 000一 


一 100, 000 


10.0 


15〜20 




G 150 


40 一 


- 120 


5, 000 一 


'300. 000 


1, 000' 


-150,000 


15.0 


20〜30 




G200 


40 一 


-120 


5,000、 


'600,000 


1,000 一 


-200,000 


20.0 


30〜40 



* 床 体积: lg 干凝胶 吸水后 凝胶柱 的体积 

号, 聚丙烯 酰胺凝 胶约有 40 种 型号, 使用 时可按 所需分 离的分 子类型 及大小 来选择 (表 5-7、 表 5-8). 



表 5 - 8 — 些琼脂 搪凝胶 的特性 





号 


近似 的琼脂 糖浓度 
(%) 


近 似的排 阻极哏 * (以 道尔 顿衷示 的分子 a) 
多 糖 蛋白质 


Sepharcse 


2B 


2 


20X 10* 


40X 10* 




4B 




5X 10* 


20X 10* 




6B 


6 


1 X 10* 


4X 10* 



* 排阻 极限: 层析中 能有效 分离某 一定形 状分子 的分子 S 最大 极限, 同一 形状的 分子, 当分子 S 大于极 限时, 分子不 

能透进 胶粒, 直 接流过 而不能 有效地 分离, 



分子筛 层析主 要用于 病毒、 蛋 白质、 酶、 激素、 抗体、 核 酸和多 糖等大 分子的 分离和 纯化. 此外, 还 
可 用于大 分子物 质的分 子量的 测定, 大分子 物质溶 液的浓 缩和从 大分子 物质溶 液中脱 盐等. 如能从 蛋白质 



一 10* 一 



制剂中 除去硫 駿铵, 并能从 核酸制 剂中去 除酚. 从多糖 中去除 单糖, 
(二) 超速 离心法 

各种质 点在离 心管内 受到离 心力作 用时, 会发 生沉降 现象, 其沉 降速度 有赖于 质点的 质量、 密度、 形 
状 及与周 围溶剂 间巧吸 引力, 此外也 受周围 溶剂的 密度、 粘 度以及 离心力 大小的 影响。 一般情 况下, 质点 
超重, 密度 越大, 形状 越近似 球形, 越 不易与 周围溶 剂相吸 附时, 质点沉 降速度 越快; 同时, 阔围 溶剂的 
密度 越小, 粘度 越低而 离心力 越大, 质点 也沉降 越快: 反之, 则沉 降速度 越慢. 

质 点在离 心力 作用下 沉降 速度的 比较, 以沉 降系数 (S) 表示 (参 见蛋白 质化学 )。 

除 在蛋白 质的 研究中 常使用 沉降系 数外, 在研究 其他生 物大分 子物质 与细胞 器时, 也经 常使用 沉降系 

数。 实验 测得各 种生物 大分子 的沉降 系数: 溶菌^ 为 2 .1SS (MWl7,000), 乙醇脱 氢酶为 7.6S (MW 
150, 000), 过氧化 氯酶为 11. 3S (MW250, 0Q0), tRNA 为 4.2S, 大肠 的 3 种 rRNA 分别为 5. S 、 
16. OS, 和 23. OS, 大 肠杆菌 噬菌体 T" X 及 T, 的 DNA 分别为 62. OS, 36.2 5及32.05。 

离心力 (G) 的 大小, 根 据离心 机的转 动速度 〔r/min (转数 / 分钟 ), rpm 表示〕 和离 心半径 〔以离 心物质 
离 开离心 机轴中 心距离 r (cm), 即平均 r 表示〕 (图 5 _e) 决定。 即转速 越快, 离 与轴 的距离 越远, 则亭 
心力 越大: 离心 力的大 小为: 

4jt 2 (r/min) 2 r 



3600 



离心 力一般 用相对 离心力 (RCF), 以重 力常数 g (980cm/s) 的倍数 表示。 因此 

RCF 二 4ji 2 (r/min) 2 r 
― 3600X 980 
可以 简化为 RCF = 1.12X10- s (r/ m in) 2 r 



30 j 

25^ 



RCF 



二 




It 

14 

13 
12- 
11 

10 H 

s 

8 一 

7- 二 

C 

5 H 



S 丄 



霞 -g- 700000 
C000 + 600: 
5000 -iGOOJ— 
4000 -f 400000 



! 000 
1500 



SCOO 士 3G0GM 

2000 4-200000 
1500 -? -150000 



5Q000 
40000 
30000 

20000 

15000 



5000 -J- 50000 
4500 4 'r 45000 
4000 ― '- 400GQ 
3500 \ \ 35003 

3000 - - 3000O 



2500 



1500 
1400 



7000 
6000 



3000 

2000 
1500 

1000 



1200 
1100 
1000 



600 



25C00 



•20000 



15C20 
14003 



1300 - - 13CC0 



12000 
1100O 
10000 



900 一 - 9000 
S00 - - 8000 

700 - - 70.00 



6000 



500 上 5009 



图 5 _6 离心 机半径 (r) 图 



图 5-7 计箅离 心力的 列线图 

离心 力大小 与离心 半径和 转速的 关系. r 为离心 半径, 
以 cm 计, RCF 为 相对离 心力以 x 《示, rpm 为转 
速, 以转数 / 分 钟计. 用直尺 对准所 用的半 径和转 
速, 即得 离心力 相当于 g 的倍 数. 注意, RCF 的右 
边 标尺和 rpm 右 边相对 应的; RCF 的左边 标尺和 
rpm 左边相 对应. 



― 106 一 



在 报道生 物大分 子物质 离心分 离的条 件时, 转头的 速度、 半径的 大小和 转头运 转的时 间都必 须表示 i 
来。 通 常记录 的是, 从 旋转时 离心管 中液柱 的平均 半径而 计算出 来的、 以 g 为倍数 的相对 离心力 (图 5 _ 7 ). 

一般台 式离心 机的最 大速度 不超过 3000r/min. 高速 离心机 是指转 速高达 每分钟 20, 000 到 25, 000 转的 
一些离 心机. 它们多 数用于 制备, 如 收集微 生物、 细胞、 细胞 碎片、 大的细 胞器、 硫 酸铵沉 淀物和 免疫沉 
淀 物等. 超速 离心机 目前已 能超过 500,OOOXg (75,000r/min, r = 8cm) 的离 心力, 开辟了 完全崭 新的研 

究 领域. 

制备性 超速离 心法, 可以 分离大 量的各 种生物 大分子 物质. 例如从 组织勻 浆中分 级分离 各种细 胞器. • 
从已 经过某 些纯化 (如 分级 沉淀) 的制剂 中分离 DNA、 RNA 和蛋白 质等; 也可 用于分 离提纯 病毒. 

制备性 离心, 有差速 离心、 分 级区带 离心、 等密 度离心 和平衡 等密度 离心等 方法. 

差速离 心法是 依据不 同大小 和不同 密度的 颗粒具 有不同 的沉降 速度, 对被 分离的 物质逐 渐增加 (分步 ) 
离 心力, 从而分 为很多 组分. 如从组 织匀浆 分离细 胞器及 血清蛋 白分离 的分步 离心, 是 在一个 均匀介 质溶液 
里进 行的。 利用 不同的 离心速 度产生 不同的 力场, 在不 同的时 间内, 使大 小和轻 重不同 颗粒, 分 别沉降 于离心 
管底而 得到各 种所要 分离的 组分, 但分离 所得组 分尚含 有较多 杂质。 被 分离的 组分, 若因颗 粒性物 质在溶 
液中的 迁移、 展动、 温 差和对 流等作 用而被 扰乱, 则可 用密度 梯度离 心法取 代之. 

密度梯 度离心 法是在 离心管 内加入 一些扩 散较快 的物质 (如 蔗糖、 甘油、 盐类 一氯化 绝或氯 化铷等 ), 
使 这些物 质在管 内密度 连续或 不连续 增加, 形 成连续 或不连 续密度 梯度, 则可 排除或 明显减 轻差速 离心法 
中一 些干扰 因素。 各种 需分离 的物质 在受离 心力作 用而沉 降的过 程中, 逐步遇 到越来 越大的 溶剂" 阻 力", 
在管 内形成 不同的 区带. . 

通常 应用密 度梯度 离心的 技术有 分级区 带离心 (沉 降速度 离心) 和等 密度梯 度离心 (沉 降平衡 离心) 

等. 

分 级区带 离心, 把样 品铺放 在一个 连续的 液体梯 度上, 然 后进行 离心, 直至 达到所 需要的 分离, 也就 是说, 
沉降 物质到 达管底 之前, 但又 使沉降 物在梯 度中移 动而形 成不连 续的区 带为止 (图 5-8). 

(a) (b) 

"—― 样品带 

' 小颗粒 一 --^:^;:-^ 

' 中顆 S — 

: 大賊一 vavw 

图 5-8 密度 梯度区 带离心 与等密 度离心 

(a) 样 品在离 心前加 到一个 预先制 备好液 体密度 梯度的 顶部. 

(b) 离心。 对 于区带 离心, 所需 要部分 没有到 达它的 等密度 
位 Si. 但 已形成 不连续 区带。 对于 等密度 离心, 继续 离心, 

直 至所需 要部分 已到达 它们的 等密度 位置, 

这种 方法适 用于大 小有别 而密度 相似的 样品, 已用于 RNA-DNA 混 合物、 核蛋 白体亚 单位和 其他细 
咆 成分的 分离. 但 对密度 完全不 同而大 小几乎 一样的 样品, 如线 粒体、 溶酶体 和过氧 化物酶 体等则 难以分 
离. 

等密度 离心, 是使 样品沉 降的各 组分通 过介质 密度较 低的, 而 移到与 它们各 自密度 相同的 位置. 到此 
位 置后, 各组 分不再 沉降. 因它 们分别 浮于比 其密度 大的" 介质垫 上-. 对 有不同 密度的 物质, 如核酸 分子、 
细胞 器一线 粒体、 溶 酶体、 过氧 化物酶 体的分 离是适 用的. 

分析性 超速离 心法, 已 广泛用 于研究 DNA 制剂、 病 毒和^ 白质的 纯度, 也 用于检 测生物 大分子 物质的 



一 107 一 



构象 变化等 * 



四、 利用吸 附力进 行分离 和提纯 

(-) 吸附法 

样 品中各 组分与 吸附剂 因亲和 力不同 而进行 分离和 提纯. 常 用的吸 附剂有 辚酸钙 凝胶、 氧化铝 Cr 凝 
胶、 活 性炭、 白陶 土等. 主要利 用不同 条件, 使 所需成 分吸附 在吸附 剂上, 然 后把它 洗脱. 如从菠 萝汁中 
提取 菠萝蛋 白酶, 即 在菠萝 汁中加 入白陶 土将酶 吸附, 然后 用盐溶 液将酶 洗脱. 或者 用活性 炭将杂 质吸附 
而去 除之. , 

(二) 吸 附层析 

有 往吸附 层析和 薄层层 析等. 常 用的吸 附剂有 硅胶、 氧 化铝. 硅 藻土. 羟 基磷灰 石和葡 聚糖凝 胶等. 
吸附 层析分 离小分 子有机 物如核 苷酸、 氨 基酸等 的效果 较好. 生 物大分 子物质 如酶也 可以应 用羟基 磷灰石 
将其 吸附, 然后用 高盐溶 液分步 洗脱, 或用 浓度梯 度的盐 溶液洗 由于分 辨能力 较髙, 应 用也较 普遍. 

(三) 亲 和层析 

亲和 层析是 利用生 物大分 子的生 物学特 异性, 即生物 分子间 所具有 的专一 亲和力 而设计 的层析 技术. 
在酶 和底物 (或 抑制剂 ), 抗原和 抗体, 辅 酶和酶 蛋白, 激素、 神 经递质 和它们 的受体 之间, 都有一 个生 
物大分 子之间 或者它 们与小 分子配 体之间 特异结 合的亲 和力, 在 一定条 件下, 它们能 紧密结 合成复 合物. 
如果将 复合物 中某一 方固定 在不溶 性载体 (如 交联 琼脂粽 凝胶, 葡聚糖 凝胶) 上, 则可 以从溶 液中特 异地分 
离 提纯另 一方. 与其 它方法 相比, 亲 和层析 从理论 上讲, 能 产生一 个绝对 的纯化 作用, 达到 很髙的 纯度. 
如采用 亲和层 析法, 只 需一步 操作就 能提纯 3, 600 倍, 产 率可达 72〜1059 &. 此 法的另 一优点 是分离 快速. 
亲 和层析 可能还 有下列 优点: 

CD 可从含 破坏性 污染物 (如蛋 白酶、 核 酸酶) 中迅速 把钦分 ^的大 分子物 质分离 出来: © 将同 一大分 
子 物质的 活性型 (能 识别 配体) 与无 活性型 分开; ③ 通过配 体与活 性部位 结合, 可防 止大分 子物质 在纯化 
过 程中的 变性. ' 

表 5-9 用 亲和层 柝纯化 的大分 子物质 



被 纯化物 



固 相 



E 体 



腺 嘌呤核 苷锐氨 * 


腺^ 呤抆苷 


氨基肽 61 


环 六亚甲 基二胺 


抗生物 素蛋白 


生物素 (e-N- 生 物素铣 核 « 酸) 


3-磷 酸 甘油脱 S 癍 


3- 9¥ 酸甘油 


异 亮氨酸 -tRNA 合成薛 




g 血攝 


苯甲眯 


黄頃呤 氧化癍 


别 嚓呤醉 


凝 血因子 


肝素 


卵泡剠 激素 


刀豆 球蛋白 A 


半 乳枒阻 抑蛋白 


P- 氨基苯 -a- 硫半 乳糖苷 


千扰素 


抗体, 刀豆 球蛋白 A 


微 管蛋白 


秋水仙 « 


乳酸 脱氢癍 


Procion Blue MX-R (三嗪 染料) 


胰 蛋白解 


大豆 胰蛋白 K 抑制剂 


APO- 门冬 g 酸氨 基移换 » 


5'- 磷酸 吡哆醛 


碳酸肝 » 


对 磺基苯 礅酰胺 


枝酸 变位癀 


色 S 酸 


a- 胰 糜蛋白 81 


色 S 酸 


甲状 JS 素结 合蛋白 


甲 状腺索 



—- ... 



一 108 一 



庹! 51h, 亲和 层析法 几乎可 用于纯 化任何 大分子 物质, 包 括酶、 抗体, 
特异 的和普 通 的 核酸、 维生 素结合 蛋白、 阻抑蛋 白和其 它调控 成份、 转运蛋 
白以及 药物与 教素的 受体、 药物 与激素 的结合 蛋白等 (表 5 _ 9 ), 而目 前主要 
用于蛋 白质的 纯化. 关 键问题 在于分 离这些 物质要 有一个 适当的 配体; 有 
了 配体, 还要以 共价键 (或 非共 价键) 连接到 载体上 (如琼 脂糖上 ). 亲和 
层 析法的 基本原 理见图 5-9. 

载体一 配体复 合物以 适当的 缓冲液 装柱. 当分 离物上 柱后, 大 多数物 
质径直 通过, 而 能与配 体相互 作用的 物质被 固定. 洗柱, 去除 杂质, 再用 

适当 的方法 将被吸 附的物 质洗脱 (表 5-10). 

免疫 吸附亲 和层析 法是利 用抗原 抗体反 应的特 异性, 将 抗原或 抗体作 
为配体 偶联到 固体载 体上, 制成 亲和层 析柱, 将含抗 体或抗 原的物 质通过 
层 析柱, 使 抗体或 抗原被 吸附, 洗柱一 去除 杂质, 再用洗 脱液, 将 抗体或 
抗原从 层析柱 上释放 下来, 可得 纯化了 的抗体 或抗原 制品。 近年来 利用免 
疫吸 附亲和 层析法 分离纯 化甲胎 蛋白, 对我 国肝癌 的瞀查 作出了 贡献. 

目前, 亲和 层析使 用过程 中还存 在一些 问题. 

① 层析过 程中, 欲分 离物的 被吸附 和解吸 附过程 缓慢; ②制备 时使用 
的柱容 量还不 够大: ③ 由于 配体与 分离物 分子之 间的多 点相互 作用, 就可 

能造成 峰分裂 (split peaks) 和不可 逆吸附 现象. 

亲和层 析是由 Werle 等人在 1967 年 用固相 化的胰 蛋白酶 提纯胰 蛋白酶 
抑 制剂而 发展起 来的一 种分离 技术. 

表 5-10 亲和 层析结 合与洗 脱蛋白 质的条 




图 5-9 用亲和 层析分 
离大分 子物质 
B 球衮示 载休, 球 上黑色 箭头表 
示 配体. 不同 的大分 子物质 (分 
别以 方块. 半圆和 三角缺 口表示 
与配 体结合 部位) 通 过时, 只有帝 
三 角形缺 口 的大分 子与配 休结合 

件 



m 


结 合溶液 


洗 脱 溶 ?S 


腺嚓呤 脱钗酵 


0. lmol/L KC1, O.lM 磷齩盐 P H 7.0 


2mmol/L 疏基嘌 吟核苷 


门冬 s 酸氮基 移换酶 


5ra mol/L 瑛酸盐 pH 5.5 


100m mol/L 磷酸盐 pH 5. 5 或^ 酸吡哆 Jg lmg/ml 


碳酸酑 庫 


O.Olmol/L Tris pH 8.0 


0〜10— mol/L 梯度 乙酰唑 (10 胺 (酵抑 制剂) 


黄嚓 呤氧化 » 


O.Olmol/L Na,S,0* 


0,- 饱和的 lm mol/L 水 杨酸盐 


凝 血因子 


0.05mol/L Tris pH 7.5 


0. l〜0.4mol/L NaCl 


半 乳糖阻 抑蛋白 


0. 05mol/L KC1 pH 7.5 


O.lmol/LB 酸盐 pH 10.5 



所谓 酶的固 相化, 是将游 离的水 溶性酶 设法变 为不能 移动的 水不溶 性薛. 
固 相酶作 为亲和 层析的 一种, 酶亲和 层析, 用来 分离、 提纯 酶的抑 制剂, 激 活剂、 辅 酶等, 并 可用来 
分离提 纯酶的 抗体. 

固相 酶按固 相化的 技术, 可 分为接 合酶与 截留酶 两种. 将水 溶性酶 通过共 价键或 非共价 键与一 种不溶 

性载体 (如 聚丙 烯酰胺 凝胶, 富马 酸与乙 烯共聚 体等) '接 合' (Tieing down), 此固相 化的酶 称为接 合海. 
现巳能 够将葡 萄糖氧 化酶、 过氧化 氢酶、 乳 酸脱氢 酶等, 以及 人血清 中的酶 接合在 聚丙烯 銑胺凝 胶上. 截 
留酶, 是使水 溶性酶 物理地 截留在 惰性载 体上. 目 前已成 功地将 门冬酰 胺酶、 核糖核 酸酶与 胰蛋白 痺通过 
吸附. 吸 收或离 子交换 法实现 了物理 截留固 相化. 有些酶 被包埋 在由合 成的聚 合物做 成的微 形半透 膜胶囊 
中 (图 5-10), 化理截 留技术 有快速 和易于 制备诸 优点. 两 种固相 化酶的 主要差 别是: 截留酶 在使用 的过程 
中, 因 受力的 缘故, 酶可被 "挤 出来、 而 接合酶 则否. 

固相酶 仍具有 原游离 酶的催 化能力 和专一 性, 且增加 了游离 酶所没 有的一 些特殊 优点, 如: ® 固相酶 
可反复 使用, 可焚 成柱, 反应管 道化, 简化了 酶反应 工艺: ②大部 分固相 酶对热 和蛋白 水解酶 —的稳 定性增 
加, 最大程 度地延 长了酶 的使用 寿命. 

酶的固 相化, 扩 大了^ 的适用 范围. 酶技术 得到了 发展. 现巳有 数十种 固相化 酶商品 出售. 



— 108 — 





5-3- 



图 5-10 酶固相 化技术 示意图 

:. 物理 吸附法 2. 离子 交换法 3. 共价键 结合法 4 . 交联法 5-a. 格子 型包埋 
法 5-b. 微瘗型 包埋法 

酶电极 附有固 相酶的 各种电 极称为 酶电极 (Enzyme Electrode) 。如 葡萄糖 氧化酶 电极, 图 5-11 所 
示, 在氧电 极的膜 表面附 着聚丙 烯酰胺 凝胶固 定的葡 
萄 糖氧化 酶漠, 通 过下列 反应, 



e 萄糖 



葡 萄糖千 2 +H 2 ~ >葡 萄糖酸 + H 2 2 

氧 电极可 测出溶 液中氧 消耗的 速度, 从而 分析出 
样品中 葡萄糖 含量。 

已报 道的酶 电 极如表 5-1 1 所示. 

酶电 极与其 它固相 酶可用 来对一 些重要 化学物 M 
进行简 捷地、 直 接地与 连续地 测定, 使 临床样 本与制 
备 化学监 测实现 自动化 分析. 

表 5-11 



Q H202 葡 萄搪酸 



- , 固相化 葡萄糖 

氧化 81 膜 

^ 、髙 分子 合成胰 

阳极 (银) 



阴极 

(铂) 

图 5-1 1 固 相化葡 萄糖氧 化酶膜 -葡萄 

糖 感应器 的原理 

应用固 相酶的 酶电极 



固 相化酶 种类膜 


被测 化合物 


使用 的电极 


测定 的范围 (mol/L〉 


聚 丙炜酰 胺凝胶 包埕法 - 












L- 氮基酸 氧化癍 


1- 氨基酸 


—价 阳离 子电接 




10 -4 


〜10-' 


L -氨基 酸氧化 SI 


苯 丙氨酸 


氨电技 




5X 10~ 5 - 




过氧 化物酶 


L- 苯 丙氨酸 


瘐离 子电极 




5X 10"*' 


~1。-, 


D- 氨基酸 轼化鉍 


D- 氨荃漦 


—价 阳离 子电极 




10" 5 ' 




葡萄糖 氧化薛 


葡萄糖 


氧电极 




10"*' 


〜1。-« 


脲薛 


尿素 


—价 阳离 子电极 




5X 10~ 5 


~1.6X 10 _| 


育 霉素薛 


青霉素 


玻 璃电极 




10_*' 


-5X 10 - 1 


门冬 銑胺酶 


门 冬酸胺 


一 价阳离 子电极 




5X 10 — *' 




/?- 葡 萄锭甙 


扁杭求 


« 电极 




10"* 




超过滤 膜包埋 fe • 












um 


尿素 


二氧化 碳电极 




10"' 


~10 一薩 


L- 酪氨 酸脱羧 n 


酪氨酸 


二氧化 碳电极 




10一* 


~10' 


谷氨 酰胺^ 


谷 氨酰胺 


—价 阳离 子电绂 




10-'' 


~10 _| 




?— § ^ M 



― 110 ― 



将门冬 酰胺酶 包埋于 聚丙烯 酰胺凝 胶中制 得的固 相酶, 可应用 于体外 循环来 洽疗白 血病. 当血 液流经 

固相 酶时, 血液中 L- 门冬酰 胺完全 分解。 该 固相酶 较游离 酶对蛋 白酶的 稳定性 增加. 应甩微 囊固相 化的脲 
酶于人 工肾, 应 用固相 化碳酸 酐酶和 过氧化 氢酶于 人工肝 等人造 器官, 在临床 治疗方 面已取 得重大 进展. 
在 工业生 产中, 固 相化的 氨基酸 氨基酰 化酶可 将化学 合成的 DL- 氨基酸 拆 分成 L- 氨基 酸 和 酰基 -D- 

氨 基酸, 以制备 L- 氨 基酸. 固 相化葡 萄糖异 构酶, 可将 葡萄糖 转化为 果糖. 固 相化的 糖化酶 可使淀 粉转 化为葡 
萄糖。 这些 使用固 相酶的 制备性 生产, 为 工业生 产的管 道化、 连 续化与 自动化 创造了 条件, 改善了 生产环 
境, 减轻 了工人 的劳动 强度. 

; 第四节 分 析与测 定技术 , 

欽提纯 某生物 大分子 物质, 在着 手提纯 之前, 首 先要建 立一定 的分析 方法来 分析其 纯度, 并测 定其浓 

度. 

常 用于测 定生物 大分子 物质的 方法, 主要 是根据 生物大 分子的 结构特 点来设 计的. 测定 蛋白质 浓度的 
方法有 多种。 克氏定 氮法, 根据 每种蛋 白质都 有其恒 定的含 氮量, 通过总 ^量 的测定 而求得 蛋白质 含量. 
福林 一盼试 剂法, 根据在 碱性条 件下, 蛋 白质与 Cu" 作用 生成蛋 白质一 Cu" 复 合物, 此 复合物 还原磷 钼酸一 
磷钨酸 试剂, 生 成蓝色 物质, 测定 蓝色的 强度, 折算成 蛋白质 含量, 双缩 脲法, 根据 蛋白质 分子结 构中含 
有若 干肽键 一具有 双缩脲 的结构 特征, 与 碱性铜 试剂作 用生成 紫色而 定量. 

测定 核酸含 量的方 法有, 定磷法 一测定 核酸中 有机磷 的含量 折算成 核酸的 含量. 定 糖法一 RNA 中核糖 
在浓 酸中脱 水环化 生成的 糠醛与 苔黑酚 ( 3 , 5 _ 二羟 甲苯) 作用 生成蓝 绿色; DNA 中 脱氧核 糖脱水 生成的 
to- 羟 -Y- 酮戊 醛与二 苯胺作 用生成 蓝色, 

测定 多糖, 是以毎 种单糖 的乙酰 醛糖醇 衍生物 用气相 层析法 定量, 依靠甲 基化分 折来 鉴定全 部糖苷 

键. 

上 述测定 方法可 定量测 定生物 大分子 物质, 但操作 麻烦, 误 差大, 特别 是特异 性差. 

选择分 析方法 有四个 标准。 第一, 方法的 特异性 要强, 要免 除干扰 物质的 干扰. 第二, 方法的 灵敏度 
要高. 灵敏度 高可减 少被测 物质的 消耗, 提高 最终收 得率, 第三, 方法的 准确度 要高. 第四, 操作要 方便, 
快速. 对 于不稳 定的生 物大分 子物质 来说, 这 一点很 重要. 

从药物 学的角 度来提 取生物 大分子 物质, 要求 被提取 的物质 仍保留 原有的 生物学 活性. 如提 取物为 蹄, 
可 用测定 活力的 变化来 确定, 并可 从酶活 力的提 高程度 来估算 纯化的 程度. 若提取 物无特 定的并 无易于 
捡测其 生物学 活性的 方法, 则 借助于 分析超 速离心 技术等 方法, 也 可检定 其在提 纯过程 中构象 变化情 况来 
确 定是否 变性. 

一、 紫外与 可见光 谱分析 

蛋白质 分子中 所含有 的酪氨 酸和色 氨睃残 基使蛋 白质在 MOnm 波长 处具有 最大吸 收值; 蛋 白质 溶液在 
238 nm 波长处 的光吸 收值, 其吸收 强弱与 肽键成 正比. 利 用这一 定波长 范围内 光吸收 值与蛋 白质浓 度的正 
比 关系可 以进行 蛋白质 含量的 测定. 

核苷' 核苷酸 、核酸 的组成 成份中 都含有 嘌呤与 嘧 啶馘 基。 这些搣 基都含 有共转 《 键. (?^ 强 烈吸收 250〜 
29 0nm 波 段的紫 外光' 最大吸 收值在 26 0nm 左右, 通常 蛋白质 的吸收 高峰在 28 011 1 1 1波 长处, 在 260ntn 处的 
吸 收值仅 为核酸 的十分 之一或 更低, 故核酸 样品中 蛋白质 含量较 低时, 对核酸 的紫外 测定影 响不大 .RNA 
的 26 0nm 与 MOnm 吸收的 比值在 2 . 以上: DNA 的 MOnm 与 MOnm 吸收的 比值在 1 . 9 左右, 当 样品中 蛋白质 
含量 较高时 比值即 下降, 可 作为核 酸纯度 的鉴测 方法。 

测 定核酸 含量有 比消 光系数 法和克 原子磷 消光系 数法。 从测 定的数 值可初 步 判 断核酸 天然 状态 的程 

度. 



— Ill 一 



可见和 紫外光 ^可以 用来鉴 定纯化 % 和生 物制 品 
中化 合物的 种类. 这种技 术也可 以用来 指出体 系中出 
现的中 间产物 和化学 结构. 例如, 各种以 含核黄 素为辅 

基的脱 氢酶, 当 它们处 于氧化 态时, 在 450nm 处有一 g 
个吸收 高峰, 但在受 氢还原 时此峰 消失. £ 

纯 的生物 大分子 物质有 其特定 的光谱 曲线. 故对 
一 定浓度 的生物 大分子 溶液, 固 定实验 条件, 绘制其 
光 谱图, 可 鉴定其 纯度, 參见图 5-12. 

红外光 谱法, 近来铰 用来研 究生物 大分子 和膜结 
构. 但目前 的主要 用途是 研究中 等大小 的生物 分子结 
构, 它一般 与核磁 共振仪 和质谱 仪联合 使用. 




^长 nm 

图 5-12 过 氧化氢 蹿的可 见与紫 外光谱 



二、 激光拉 曼光谱 

拉曼散 射光谱 是分子 的振动 和移动 光谱. 60 年代激 光作为 光源, 为拉曼 光谱提 供了高 强光, 窩 光谱分 

辨率和 髙时间 分辨率 的激发 光源, 为 拉曼光 谱的微 ii 分析、 ^ii 性 的研究 S 方 li 创造了 条件. 目前 在生物 
大分子 和生物 超分子 系统的 构象硏 究中, 特別是 在溶液 中的空 间结构 与功能 关系的 动态研 究中, 激 光拉旻 
光谱 已成为 很有发 展前途 的 一门新 技术. 



、, 



三、 放射免 疫分析 

放射免 疫分析 (Radioimmuoassay, 简称 RIA) 是 Berson 和 Yalow (I 959 年) 在研究 胰岛素 与其抗 

体相结 合的定 迓测定 过程中 发展^ 来的一 种超 微量^ 定 技术. 

它是 利用 免沒反 应原理 而进行 的一种 同位素 体外测 定法, 因 此具有 灵^、 待异 和适用 面广等 特点, 随 
着 方法学 的不^ 完兽. RIA 已 成为生 ^样 品微量 测定中 最有影 ^ 的 一门新 技术. 如今, 它不 仅广泛 用于各 
种 生物活 性&质 10 药物的 S 微量^ 定. 而 且在多 种疾病 的临床 诊断方 面也很 有实用 价值. 
(一) 萏 本原逞 

在试 管内, 如果 同时存 在抗& (Ab)、 标 记抗原 (*Ag) 和同种 非标记 抗原 (Ag), 则 *Ag、 Ag 必然 

耍竞争 Ab 上的特 异性结 合点, 产 生如下 反应, 
AgAb=^=*Ag + Ab-h*Ag^=**AgAb 
如果反 应系统 屮的 3 As 和 Ab 的浓^ 恒定, 而且 
〔"A g 〕> 〔Ab〕, 则 *AgAbii 合物生 成量, 与 所加入 
的 Ag 浓度 呈一定 的函数 关系, 亦即 a AgAb 量随加 
入的 Ag 量 ia 加而 减少. 如果 以不同 ^度 的 Ag 对 
•AgA'o 量作 0, 即 可得到 一条标 准曲 ^ (又 称标准 
竞 争曲线 或竞争 曲线) • 对 于待测 样品, 只要 在同样 
实验 条件下 测定反 应后的 *A g Alj 量, 钛 可从标 准曲线 
上求 得待测 样品中 Ag 的相 应含量 (图 5-i3). 

虽然 AgAb 复合^ 形成过 程非常 复杂, 但 其动态 
平衡过 程基本 符合质 量作用 定律. 如假定 A g 和 Ab 为 
均一和 单价的 结合, 则 它们之 间的反 应为, 



501 



40- 



30- 



20- 



10- 



■<» 一一一 一一 一 ^» 一 ― 

!\ 

o 

! \ 



^知徉 a 中 

Agtta 寧 



\ 



* O.DCd 0.632. 0.128 0:5 2 
图 5-13 由存 在未知 样品时 Ag* 的结合 率推测 

未知 样品中 5 Ag 的 设度. 田中 头表示 S 绐合率 
等于 34% 时未 知样品 中所含 Ag 的 K 度为 0.123 



k, 

*Ag + Ab^=* *AgAb 



(5-1) 



— 111 — 



k, 和 fc, 分 别为结 合常数 和解离 常数. 反 应的平 衡常数 (又 称亲和 常数) 为, 

K = -k.= C'AgAb) 
k, 〔*A g 〕〔Ab〕 

设 Ab 的起始 浓度为 〔Ab,〕, 则 〔Ab,〕 = 〔*AgAb〕 + 〔Ab〕, 代入式 (5-2), 

〔^?〕 = K <CAbJ-C*AgAbD> 

令 丄 〔 A 4^〕 =7 ' *Ag 的起 始浓度 〔*Ag,〕 = x, 则 
〔*Ag〕 = 〔,Ag,〕-〔#AgAb〕=~^_ 



(5-2) 



(5-3) 



C«AgAbD = ^ 7 

将此式 代入式 (5-3), 得, 

y, + K;cy — K〔Ab。〕y + y—K〔Ab。〕 = (5-4) 
由式 ( 5 _ 4 ) 可知, RIA 反应 呈双曲 线方程 关系. 
(二) 澜 定的主 要条件 
任 何一种 物质的 RIA 必须具 备下列 条件, 

1. 能产 生效价 和亲和 力高, 特异 性强的 抗血清 主要 包括, ① 制备免 疫原; ②免疫 接种; (D 抗 血清^ 
成量的 跟踪: (D 测定抗 血清的 效价、 特异性 和亲和 常数; ⑤选择 理想者 放血, 制备抗 血清, 冰 冻保存 备用. 

2. 制 备比放 射性纯 度高的 *人 2: 0) 制备高 纯度的 Ag; (D 选 用合适 的放射 性同位 素制备 *Ag; ③分离 、绅 
化 'Ag; ® 测定 *A g 的结 合能力 和比放 射性. 

生物 大分子 物质都 是含有 碳氢结 构的化 合物, 因此 可用" C 或 》H标 记之. 但目前 不少实 验室乐 于采用 
放 射性碘 标记, 主要原 因有: ① " S I 和'" I 的比放 射性较 "C 和, H 高得 多, lm mol '"1、 'H 和" C^tb 
放射性 分别为 1 9 , 25 0、 2,560. 33 和 O.tnCi (居里 ); ② 碘标记 快速, 设备 简单: ® m I 或'" I 的丫射 线由于 
能 量高, 穿透 力强, 故易 检测, 计数效 率高. 

由于 1 U I 具有 半衮期 (T+) 长, 丰度大 (80〜1009&, "'I 仅 15〜20%), 计数效 率高, 以 及对实 验者危 
害小等 特点, 因而" 'I 更受 欢迎. 

目前, 国 内外巳 生产多 种物质 的放射 免疫测 定盒, 使 用非常 方便. 

四、 酶 活力法 

当提纯 的生物 大分子 物质是 酶时, 酶活力 可作为 一个很 好的纯 度试验 指标. 因为, 隨着 杂质的 去除, 
比活 增加, 当样品 不能进 一步纯 化时, 比活达 到一个 恒定的 最大值 (表 5-12 和 5- 13). 

表 5-12 尿激酶 粗制步 猓情况 



步 《 


蛋 白 


质 


65 


体积 

(0 




总 数 
(mg) 


浓 度 
u/ml 


比 活 

u/mg-Pr 


总活力 

u(7f) 


收 -, 
<%> 


提 纯倍效 


人 尿 


10 


0. 3 


3X 10* 


5 


16. C 


5000 


100 


1 


疏^ 铵沉淀 
粗制品 溶解液 


0. 02 


1.5 


3X 10* 


1500 


1000 


3000 


60 


~60 



一 113 — 



表 5-13 尿 激酶提 纯的技 术栺标 



~~~~~ 项 目 

步 驟 ~~~~ 、、 、、 


M 

^ ,口 

*CTA 单位 (万) 


收 率 

巧 


比 活 
CTA 单位 /mg*Fr 


提 纯倍数 


原 料 


5000 


100 


16 


1 


粗制品 


—3000 


〜60 


〜1000 


60 


DEAE- 纤维 素层析 


〜 1,500 


〜30 


〜5,000 


〜310 


724- 树 脂层析 


〜1, 350 




40,000^50,000 


2,500〜3, 100 



• CTA 单位 为尿激 酶的国 际单位 



五、 利用 特殊功 能特性 进行纯 度分析 

有 些生物 大分子 物质具 有特殊 功能, 如 酶的特 异性, 激素 的生理 效应, 有很 高的灵 敏度, 检出 浓度^ 
低到 百万分 之一. 灵敏度 比许多 物理或 化学方 法要高 得多. 

六、 化学结 构分析 
(-) 蛋白质 

1. 末端 基分析 蛋白 质一类 物质, 通过 N- 末端的 定量分 析可以 发现' 一 个纯蛋 白质, 每摩尔 蛋白质 
应当 有整数 摩尔的 N- 末端氨 基酸, 少 量其他 末端氨 基酸的 存在, 常表 示存在 杂质, 如 果只定 性测定 N- 末 
端, 此法 只适用 于仅有 一条肽 链的蛋 白质. 

2. 组 成氨基 酸的定 量分析 一个 纯的蛋 白质, 定量 测定其 组成氨 基酸. 应当都 是整数 比. 若是 结合蛋 
白质, 其辅助 因子也 应计算 在内。 若有 精确. 灵敏、 快速的 氨基酸 定畺分 析仪' 此法 常可用 来鉴定 蛋白质 
的 纯度. 

(二) 核酸 

1. 微量 测定双 链核酸 荧光 染料菲 啶溴红 (溴 乙啶, 简称 EB) 与双链 核酸形 成络合 物后' 在 MOnm 
处有 最大吸 收值, 其 荧光强 度比原 来的强 度增加 5 0〜100 倍' 在 合适的 条件下 (pH、 温度、 离子 强度等 ), 
一 定浓度 的菲啶 溴红溶 液的荧 光增量 与加入 的核酸 双链区 浓度成 正比. 因此可 用来测 定双链 核酸的 浓度' 
灵 敏度达 O.Ol^g/ml. 专一 性强, 操 作简便 迅速, 干 扰物质 很少. 这 对鉴定 DNA 与 RNA 的 纯度是 一很方 

便的 方法. 

2. DNA 中 GC 摩尔 百分率 〔(G + C)%〕 的测定 DNA 分子 中含有 A、 T、 G、 C 四种 碱基' 按 碱基互 
补原 则借氢 键而成 对结合 (A-T、 G-C), 由于 A-T 有两对 氢键' G-C 有三种 氢键' 因此前 者的结 合不及 
后者牢 „ 含 GC 多的 DNA 热 变性温 度和浮 力密度 也高, 因 此测定 (G + C) % 对了解 DNA 的 性质和 分离纯 
化 DNA 等 有重要 意义. 

测定 (G + C) %的 方法有 化学法 和物理 方法. 

(1) 化 学法: 将 DNA 水 解成核 苷酸或 碱基, 用纸层 析法或 电泳法 把它们 分开. 分 别用紫 外分光 光度计 
作定量 测定, 计算出 (G + C) 此法 费时, 误 差大. 

(2) 物 理法: 浮力密 度梯度 离心法 和热变 性温度 (Tm) 测定 法. 

浮 力密度 离心法 DNA 在 氯化铯 (CsCl) 溶液 中浮力 决定于 GC 的 含量。 在 T.Tmol/L CsCl 溶液中 
加入 DNA 样品, 长时间 高速离 心后, 由于沉 降力和 扩散力 的综合 作用, 建立了 CsCl 梯度, 在平 衡时, DNA 
分子进 入和自 己密度 相等的 区域, 此处的 密度称 为浮力 密度. (G + C ) % 越高' 密度 越大' 故可根 据此推 
箅出 DNA 的 (G + C) %. 



一 114 — 



&变 ii 温度 测定法 当 温度升 高时, 由于 DNA 变 性引起 的增色 效应, 使之对 260nm 波长 紫外光 吸收值 
在一 个狭窄 的温度 范围内 突然升 髙到最 高值, 这 个温度 范围的 中点, 即为该 DNA 溶液 的热变 性温度 Tm. Tm 
可由 DNA^ 液的光 密度的 改变来 测定。 Tm 与 DNA 的 GC 含量 有关, GC 含量 越高, 热 变性的 温度也 越髙. 
因此, 测得 j'DNA 的 Tm 后, 就 可算出 (G + C) <%>, 

用这 两利方 法测得 的同一 DNA 的 (G + C) % 略有 不同. 



七、 全 染色剂 染色法 

阳离子 羰花青 (Cational Carbocyanine) 是一种 最新的 染料。 因 为它能 使大多 数生物 大分子 染色, 
故被称 为全染 色剂, 又称广 谱染料 (Stains-all). 




CH 3 

_CH=C— CH 




Br" 



羰花 青离子 

它能将 RNA 染成蓝 紫色, DNA 染成 蓝色, 蛋白 质染成 红色, 酸性 粘多糖 染成从 蓝到紫 的各种 暗斑, 磷蛋 
白染成 蓝色, 糖蛋 白染成 蓝色. 脂肪染 成黄至 橙色。 

染 色液为 0.001 2 % 染料溶 解在含 5 % 甲 酰胺与 25 % 异 丙醇的 O.lmol/L Tris-HCl(pH 8.5) 中, 染色 
必须 在喑处 进行. 放置 过夜; 脱色 时不必 避光, 用水即 可脱色 。灵 敏度较 一般专 一性染 色剂低 得多. 有 SDS 
存 在时, 不能 染色。 电 泳后, 将凝胶 浸泡在 25% 异 丙醇中 18〜36 小时 可去除 SDS. 



第六章 糖 代 谢 



第一节 概 述 

糖又称 碳水化 合物, 是 构成所 有生物 体的重 要成分 之一。 糖类 广布于 动植物 体内, 所有 
生物的 细胞核 都含有 核糖, 动 物血液 含有葡 萄糖, 肝脏、 肌肉 中含有 糖原, 乳 汁含有 乳糖, 
植物 的根、 茎、 叶 及种子 等大多 含有葡 萄糖、 果糖、 蔗糖、 淀粉和 纤维素 等糖类 物质。 

一、 糖的生 理功用 

糖的 主要功 用是供 给能量 6 人 体所需 能量的 70% 以上 由糖氧 化分解 供应。 主要依 靠粮食 
中淀 粉提供 能量, 葡 萄糖、 果糖及 蔗糖等 为辅助 的供能 糖类。 还 有很多 不能被 人体利 用的植 
物 多糖, 如纤 维素、 果 胶等, 它们 可组成 粪便, 刺激肠 道蠕动 和促迸 排便。 人 体内作 为主要 
能源的 糖是糖 原和葡 萄糖。 糖 原是糖 的储存 形式, 在肝脏 和肌肉 中含量 最多; 葡萄糖 是糖的 
运输 形式, 每克 葡萄糖 在体内 完全氧 化时, 可释放 能量约 17KJ(4 千卡 )。 

糖是 构成机 体组织 的重要 成分, 约 占人体 干重的 2 % f 例如, 核糖 和脱氧 核糖分 别是细 
胞中 核糖核 酸和脱 氧核糖 核酸的 成分; 糖与脂 类形成 的糖 脂是组 成神经 组织和 生物膜 的重要 
成分; 糖与 蛋白质 结合成 的糖蛋 白,. 具有多 种复杂 功能。 如血浆 球蛋白 (包括 抗体) 几乎都 
是糖 蛋白。 某 些酶、 激 素和生 物膜结 构中也 含有糖 蛋白。 又如 粘多糖 (蛋白 多糖) 是 一类含 
氨基 己糖和 糖醛酸 等的杂 多糖, 重要的 粘多糖 有透明 质酸、 硫 酸软骨 素及肝 素等。 粘 多轄与 
蛋白质 组成一 类极复 杂的大 分子粘 蛋白, 是 各种结 缔组织 中基质 的最重 要组成 成分, 占结缔 
组织 干重的 30^。 可见, 糖 的生理 作用很 广泛, 糖 既是主 要能源 物质, 也是 重要的 组织成 
分。 

"二 、糖 的分类 

糖 主要由 C、 H, 三种 元素所 组成, 是一 类多羟 基醛或 多羟基 酮或者 是它们 的缩聚 物或衍 生物. 糖可 
以根 据其能 否水解 而分为 单糖、 低 聚糖和 多糖三 大类. 

1. 单糖 是 指不能 再水解 的糖. 它是构 成各种 糖分子 的基本 单位. 根据它 们分子 中所含 碳原子 数目的 
多少, 可分为 丙糖. 丁糖、 戊糖、 己 糖等. 最 简单的 单糖是 丙搪, 如甘油 醛 和二羟 (基) 丙酮. 或 按其分 
子中含 有醆基 或酮基 可分为 醛糖和 酮糖. 自然 界中存 在的单 糖主要 是含有 五个碳 原子的 戊糖, 如核^ .2- 脱 
氧 核搪, 以 及含有 六个碳 原子的 己糖, 如葡萄 糖和果 糖等. 

2. 低聚糖 低 聚糖能 水解成 2〜10 个单糖 分子, 因此它 们是由 2〜10 个单 糖分子 组成, 最常见 的是二 
糖. 二 糖又称 双糖, 水解 后生成 两分子 单糖, 如 蔗糖、 麦 芽糖. 乳 糖等, 它们 « 分 子式为 C S2 H 2 :0„. 

3. 多糖 多糖 又称多 聚糖, 是能 水解成 许多单 搪的高 分子化 合物. 凡由 一种单 糖组成 的多糖 称同多 
糖, 自 然界中 存在的 重要同 多糖有 淀粉. 糖元 和纤维 素等, 它们 的分子 通式为 (C.HwOsh. 由多 种单铕 
或 单糖衍 生物组 成的多 糖称杂 多糖, 如 透明质 酸和硫 酸软骨 素等粘 多糖. 

粘多糖 存在于 许多组 织和体 液中. 基质和 软骨、 骨、 角膜等 组织与 滑液的 粘多糖 是多糖 通过木 糖一丝 
氨酸连 接键与 蛋白质 连接. 粘 多糖的 多糖部 分一般 认为属 氨基葡 聚糖, 

116 — 



最简 多塘 是透明 质酸, 它 存在于 皮肤、 眼的玻 璃体、 脐带、 关节的 滑液及 卵子的 表面, 起着保 
护 作用. 透明质 酸的水 溶液具 有髙度 粘性, 它可 被透明 质酸酶 水解而 降低其 粘性. 在 某些蛇 毒和细 菌中含 
有 S 明质 酸酶, 可 使组织 中的透 明质酸 水解, 使毒液 或病原 体得以 侵入。 在睾 丸和精 液中, 透明质 酸酶的 

含量也 较多, 它可使 卵子表 面的透 明质酸 水解, 使精 子易于 与卵子 结合而 受精。 透明质 酸是由 P- D- 葡萄 
糖 醛酸和 N- 乙酰氨 基葡萄 糖通过 3 苷键 连接成 二糖衍 生物, 并以 此为重 复单位 再通过 4 苷键 而互相 

连接 成透明 质酸. 结构 如下: 



COOH 




HCOCH, 



P-D- 葡萄 糖醛痹 N- 乙 酰氨基 葡萄糖 

透 明质酸 

硫 酸软骨 素是体 内量最 大的粘 多糖. 它是结 缔组织 的重要 成分。 在 角膜、 软骨及 肌腱等 组织中 含量较 
高, 硫酸软 骨素有 A、 B 和 C 三种, 硫酸 软骨素 A 和 C 的结 构与透 明质酸 相似, 只是在 重复结 构单位 中的氨 
基糖为 N- 乙酰 氨基半 乳糖, 并且其 C-4 或 C-6 的羟基 与硫酸 成酯。 硫酸 软骨素 A 的结构 如下: • 



COOH 、 CH,OH 




P-D 葡萄 糖醆酸 N- 乙 酰氨基 半乳糖 -4- 硫酸酯 

硫酸 软骨素 A 

硫酸 软骨素 A 为哺乳 动物血 液和动 脉等的 重要成 分. 动 脉粥样 硬化病 变时, 其含 量往往 降低。 用硫 ^ 
软骨素 A 治疗 动脉 粥样硬 化可取 得一定 效果. 

肝素是 由二硫 酸氨基 葡萄糖 (GlcN) 和硫 酸艾杜 糖醆酸 (HUA) 通过 a-i,4 和 4 糖苷键 反复交 
替连 接而成 的多聚 双糖。 后者进 一步与 蛋白质 结合而 成蛋白 多糖, 具有抗 凝作用 „ 它 不存在 于结缔 组织, 
首先 在肝中 发现' 以肝 脏含量 最多, 肌肉、 肺、 大 动脉管 壁等组 织也有 存在, 从上述 组织的 肥大细 胞分泌 
入 血液. 肝素分 子中约 9 0% 糖 醛酸为 GlcN, 10% 为葡 糖睦酸 (GlcUA); 少 数氨基 葡萄糖 中的一 NHSO,_ 基 
为乙 酰氨基 (一 NHAc) 所 取代. 肝素 的部分 结构式 如下, 



o 



- H 



Li i 



— 117 — 



CH^SO- 

/I °\ 
1/ \l 

HNSO: 



GlcN 



O 



-o- 



\ 



COO— \ 
OH /' 

s! V 



o 



CH^SO 
I _ 

A 

/ 

\ OH 



/\-.<. 



OSO" 



HNSO" 



IdUA 



GkN 



7 coo- 、 

OH / 

\i \/ 

OH 



IdUA 



CH 2 OSC 3 - 
O J; ~~ 0\ 



coo- 



\/ 



A 



OH 



7 



A 



o- 



\ 



一 o' 



OH 



O 



HNS0 3 
GlcN 



A 
V 

l\ OH 

I \l 



CH 2 OS0 8 " 
0\ 



OH 
GlcUA 
肝 素的部 分结构 



HNAc 
GlcN Ac 



O 



粘 多糖代 谢异常 是由于 遗传性 的酶有 缺陷, 不能催 化蛋白 多糖的 降解, 因而蛋 白多糖 堆积。 这 些生^ 
高 聚物沉 积在各 种组织 的溶酶 体内, 造成 疾病. 这些疾 病的特 点是智 力发育 障碍, 从尿排 出特殊 的氨基 
糖. 所幸 者这些 遗传性 疾病是 比较罕 见的, 一些粘 多糖病 列于表 6-1. 



表 6-1 



一些粘 多糖病 



综合征 



类型 



临 床特征 



生 化发现 



遗传 



Hurler 综合征 I 



Hdde 综合征 I 



Ssnfilippo 综合征 5 
(至少 有两类 存在) 

Morquio 综合征 I\f 
(两类 存在) 



Sehe;e 综合征 Y 



M.ircte..ux-Lamy \ 
综合征 



Slj 综合征 ^ 
DiFerraiite 综合症 H 



严 3 智 力发育 障碍、 骨 

骼变 形, 角膜混 a、 显 
著的^ 细 胞改变 

中等智 力发育 障碍. 显 
^的 骨骼 变形, 没有角 
膜混 浊, 耳 聋出现 较早, 
显^^ 细 咆改变 

严重智 力发育 障碍、 轻 
度骨淤 改变, 角 膜混浊 
可疑 

严 a 骨骼 变形、 显著脊 
柱 骺发育 异常, 没有智 
力发 育障碍 存在, 角膜 
混浊可 能出现 

轻 度骨骼 改变, 没有智 
力发 育障碍 存在, 严重 
角 旗混油 

严 重骨骼 变形, 显著的 
角膜 混浊, 没有 智力发 
育障 碍存在 

智力发 育障碍 



智力发 育障碍 



尿与 组织中 出现硫 酸皮肤 
素 * 和 硫酸乙 酰肝: t*, 成 
纤维 细胞中 琉酸皮 趺素增 
加 

尿与 组织中 出现琉 酸皮肤 
素和硫 酸乙酰 肝素, 成纤 
维细 胞中硫 酸皮肤 素增加 

尿与 组织中 出现硫 酸乙酰 
肝素, 成纤 维细胞 中出现 
硫酸 皮肤素 

尿中出 现硫酸 角质素 和^ 
酸 软骨柰 



尿中出 现硫酸 皮肤素 



尿中出 现硫酸 皮肤索 



尿中出 现硫酸 皮肤素 
和 硫酸乙 酰肝素 

尿中出 现硫酸 角质素 
和 硫酸乙 酰肝素 



常 染色休 a-L- 艾 th 糖苷 g| 
隐性 



性 联隐性 艾杜糖 醛酸琉 KES^ 



常 染色休 
隐性 



常 染色体 

條性 



常 染色体 
隐性 

常 染色休 

隐性 



常 染色体 
隐性 

常 染色体 
隐性 



乙酰肝 素 rsir^ 

N- 乙酰 m;"J 
糖脒基 ES 

贫 基半乳 糖硫垵 



ot-L- 文 杜糖苷 » 



N- 乙 31 半 乳 

糖 4- 硫 

氮基 葡萄糖 -6- 琉酸 55 is 

mm 



• 硫酸皮 肤素亦 称硫酸 软骨素 b 和 p- 肝素 

+ 硫酸 乙酰肝 素亦称 硫酸类 肝素, 一硫酸 肝素和 N- 乙酰硫 酸肝素 



— 118 — 



第二节 糖的消 化吸收 



一、 糖的 消 化 



食物 中糖类 主要是 淀粉, 另有 少量麦 芽糖、 蔗糖、 乳 糖等。 它们先 在消化 道中经 消化^ 
催化, 水解成 单糖, 再被 小肠粘 膜细胞 吸收入 血液, 供全身 组织氧 化利用 3 

淀玢 从口 腔开始 消化。 唾 液中含 a- 淀粉酶 (最适 pH 6〜7), 在氯离 子激活 下催化 淀粉分 
子中 a- i, 4- 溏 苷键水 解成葡 萄糖、 麦芽 糖和糊 精等混 合物。 但因 食物在 口腔停 留时间 很短, 
淀 粉水解 很少。 食团入 胃后, 其 中唾液 淀粉酶 可使淀 粉继续 水解, 但不久 因胃酸 渗入, 淀粉 
^ 随 即失去 活性, 淀粉的 消化 作用也 
就 停止, 故淀^ 在 胃中几 乎不被 消化。 

小^ 是分解 淀粉的 最重要 器官。 
食 糜由肾 进入小 肠后, 鲛度被 胰液及 
胆汁 中和, 肠液 中含有 与唾液 a- 淀粉 
, 作用 相似而 活性很 强的胰 a- 淀粉 

将未 分解的 淀粉及 糊精水 解成麦 

芽糖、 安 芽寡糖 (含 10 个以下 葡萄糖 
的麦& 低^ 糖)、 a- 糊精 (含 1,6- 糖 

苷键支 链的低 聚糖) 和 少量葡 萄糖。 
上述产 物在小 肠粘膜 表面进 一步消 




o o 葡萄 镩单位 

o-o c-i, 4 ^mmmm^^ 
-〗, 6 糖苷 键相连 的葡萄 糖残基 



图 6-1 支 链淀粉 的消化 

化。 小 肠粘膜 上皮细 胞刷状 缘上含 有麦芽 糖酶, 可将 麦芽糖 和麦芽 寡糖水 解成葡 萄糖, a- 糊 
轄酶可 以水解 a- 糊精分 子中的 a- 1, 6- 糖 苷键和 a-1, 4- 糖 苷键, 使 a- 糊精水 解成葡 萄溏, 
(['16-1) 6 : 
此外, 肠 液中还 有蔗糖 酶可将 食物中 蔗糖水 解成葡 萄糖及 果糖。 乳 糖酶能 使乳糖 水解成 
J 馇及半 乳糖。 因此, 食物 中的糖 在小肠 内几乎 全部消 化成为 单糖, 由肠粘 膜细胞 迅速吸 

收。 

食 物中还 有大量 纤维素 (由 P- 葡 萄糖借 P-1,4- 糖苷 键组成 的多糖 )。 由于 人的消 化液内 
不 含水解 P- 1:4- 糖苷键 的纤维 素酶, 所 以不能 消化纤 维素, 但纤维 素有促 进胃肠 蠕动, 防止 

便秘的 作用。 ;% 

二、 糖 的吸收 

食物中 多糖消 化成单 搪后, 均 可被吸 收入小 肠上段 肠粘膜 细胞, 再 进入小 胲壁内 毛细血 
管, 经门 ^脉 而入 肝脏。 然后, 经肝^ 脉 进入血 循环, 输送到 全身组 织氧化 利用。 各 种单糖 
被吸^ 的:: IS 不同, 若 以葡萄 糖的吸 收率为 100, 则 各种单 糖的吸 收速率 如下: 

半乳糖 (110)〉D- 葡萄糖 (100)>D -果糖 ( 4 S)〉D- 甘露糖 (1 9 )>L- 木酮糖 (15» 
L- 阿 |i 伯糖 (9)。 

:•:::;, 单糖吸 收速率 的这种 差别, 不 能单纯 借扩散 作用来 解释。 据 研究, 果糖、 甘 露糖、 
-,… 可拉伯 糖可能 通过简 单的扩 散作用 进入小 肠上皮 细胞。 然后, 自上皮 细胞透 至细胞 



一 119 一 



喹巴因 

(ouabain) 




间液, 并 移入门 静脉循 环系统 的微血 管中, 所以 这些单 糖的吸 收速度 较慢。 半 乳糖和 葡萄糖 
的 吸收通 过钧离 子参加 的载体 转运, 
属 于耗能 的主动 转运。 它 们可以 逆浓: , 
度梯度 吸收入 血液, 所以吸 收较快 。以 
葡萄糖 为例, 在 小肠粘 膜上皮 细胞刷 
状缘中 有特异 的载体 蛋白, 葡 萄糖与 

Na + 分 别结合 在载体 的不同 部位, 并 
—起 移入 细胞。 葡萄 糖扩散 入血, 而 
Na+ 在细胞 内增加 就 会启动 依赖于 
ATP 的" 钠泵" (即 Na + 、 K+-ATP 
酶), 将 Na+ 排出细 胞和! K+ 摄入 细胞。 
—般 认为, 只有 细胞内 堆积的 钠被" 钠 图 6 _2 小肠主 动吸收 葡萄糖 (G) 示意图 

泵" 转运 到细胞 外时, Na + 、 葡萄 糖才能 顺利地 通过载 体转运 进入细 胞内, 因此 抑制" 钠泵" 的 
哇巴因 (Ouabain) 和抑 制能量 代谢的 2,4- 二 硝基酚 都能抑 制葡萄 糖的主 动转运 (图 6-2)。 

笫三节 糖的氧 化分解 

人 体各组 织都能 进行糖 的分解 代谢。 糖分解 代谢的 重要生 理功能 之一, 为 供给人 体活动 
所需 的能量 , 糖分 解代谢 的主要 途径有 四条: 在 缺氧情 况下, 葡 萄糖经 无氧酵 解生成 乳酸, 
同时释 放少量 能量, 称 为糖酵 解或糖 的无氧 分解; 当 供氧充 足时, 葡 萄糖彻 底氧化 分解成 
C〇 2 和水, 并释 放大量 能量, 称糖 的有氧 氧化, 这 是糖氧 化供能 的主要 途径; 另外两 条氧化 
途径为 磷酸戊 糖通路 和糖醛 酸代谢 途径。 这四 条氧化 途径, 各有复 杂的化 学反应 过程, 它们 
的中间 产物可 以相互 转变, 提 供机体 所必需 的能量 或其他 物质。 糖的有 氧氧化 和糖酵 解两条 
途径 在供给 能量方 面更为 重要, 其相 互关系 如下: 

,乳酸 + 少量 能量 (糖 酵解) 

葡萄糖 (或 糖原) ~> 丙酮酸 < 

^CO,+ H,0 + 大 量能量 (有氧 氧化) 



一、 糖酵解 (糖 的无氧 分解) 

葡萄、 糖或 糖原在 无氧倩 况下, 经过许 多中间 步骤可 分解成 乳酸, 同 时释放 能量。 这个分 
解过程 ^酵母 生醇发 酵大致 相同, 因此称 为无氧 酵解, 简称糖 酵解。 葡 萄糖经 无氧分 解和生 
醇发酵 都可分 解为丙 酮酸。 但糖酵 解时, 丙酮 酸直接 还原成 乳酸, 而 生醇发 酵时, 丙 酮酸先 

脱羧成 乙酸, 然后 还原为 乙醇。 - 

糖 酵解在 胞液中 进行, 包括 12 步连续 反应。 糖酵 解的中 间产物 大多数 是磷酸 化的化 合物, 
糖及其 中间产 物的磷 酸化在 物质代 谢中具 有重要 意义。 因为, 在近中 性的胞 液中, 这 些磷酸 
基 团常呈 负离子 状态, 不易透 出细胞 膜; 且 磷酸基 团在形 成酶与 作用物 的复合 物时, 可起识 
别 或联结 作用; 更 重要的 是这些 磷酸基 团均用 于合成 ATP, ATP 可直接 供给机 体能量 》 
1. 糖酵 解的反 应过程 糖酵 解是一 系列复 杂的连 续化学 反应, 现 分成下 列四个 阶段讨 

论。 

(0 葡萄糖 或糖原 转变为 1,6- 二磷 酸果糖 (F-D-P): 若 从葡萄 糖幵始 酵解, 首 先经己 



― 120 — 



糖激 酶或肝 中葡萄 糖激酶 催化, 葡萄 糖磷酸 化而成 6- 磷酸 葡萄糖 (G-6-P), 这 是消耗 1 分子 
ATP 的 不可逆 反应; 如 从糖原 开始, 则 在磷睃 化酶催 化下, 情原磷 酸解为 I- 磷酸 葡萄糖 (G- 
1-P), 再 转变为 6- 磷酸葡 萄糖, 不消耗 ATP。 6- 磷酸葡 萄糖经 磷酸己 糖异构 誨催化 转变为 
6- 磷 酸果糖 (F-6-P)。 然后, 在 Mg 2+ 存 在下经 磷酸果 糖激酶 催化, 6- 磷酸果 糖进一 步谤酸 
化而成 1,6- 二磷 酸果糖 (FDP 或 FBP), 这也 是消耗 1 分子 ATP 的 不可逆 反应。 这一 阶段是 
耗能 过程, 从 葡萄糖 开始, 每生成 1 分子 1,6- 二磷酸 果糖, 消耗 2 分子 ATP; 若从 糖原开 
始, 如 消耗 1 分子 ATP。 



^jF^mmm^ —卜 磷酸 葡萄糖 

变 (2) 
A TP Mg" (1') ADP 位 

\ 己糖激 酶"^ I si4lg fe 

葡萄糖 , _Z=t 6- 磷酸葡 萄糖— ^» 

(3) 



Hi f0 A 葡萄糖 6- 磷酸酶 
(13) 



ATP M g ( 4 ) ADP 

\ 磷酸果 糖激酶 y 
>6- 磷酸 果糖; = M, 6- 二磷 酸果糖 

果糖 二磷 酸酶、 2 

(14) 



(2) 1,6- 二磷 酸果糖 分解为 3- 璘酸甘 油醛和 磷酸二 羟丙酮 :在 二磷酸 果糖醛 缩酶催 化下, 
1 分子 1,6- 二磷 酸果糖 裂解为 2 分 子磷酸 丙糖, 即 3- 磷 酸甘油 醛和磷 酸二羟 丙酮。 这 两种磷 
酸丙糖 经磷酸 丙糖异 构酶催 化可以 互变, 两者 达到平 衡时, 有 96% 是磷 酸二羟 丙酮。 但是, 
3- 磷酸 甘油醛 在酵解 途径中 继续分 解而被 消耗, 故磷酸 二羟丙 酮不断 转变为 3- 磷酸 甘油醛 e 
因此, 每 1 分子 1,6- 二磷 酸果糖 可产生 两分子 3- 磷酸甘 油醛。 此后, 糖酵解 过程由 1 分子己 

糖变 化转入 2 分 子磷酸 丙糖的 变化。 其反 应过程 如下: 

1CK.0® 瑭眩二 羟丙酮 

-*2C = 
3CH,OH 



6 



®OCH 
5 



-〇 



: CH,0 ⑨ 



醛缩酵 



1,6-二« 酸果糖 



(5) 



(6) 



磷酸丙 糖异构 》 



i 

o 
» 

4C— H 

― 5CH0H 



3- 硖 U 甘 f4 玆 



(3) 3- 磷酸 甘油醛 生成丙 酮酸: 在碟 羧參 与下, 3- 磷酸甘 油醛经 3- 磷酸甘 油醛脱 氢酶催 
化 脱氢, 并发生 磷酸化 反应, 生成含 1 个 高能磷 酸键的 1,3- 二 磷酸甘 油酸, 脱 下的两 个氢原 
子 被辅酶 I (NAD+) 接受而 成还原 型辅酶 I (NADH+H+)。 在 脱氢过 程中产 生的能 量集中 
在磷 酸与羧 酸结合 的酸酐 镍上, 形成 高能磷 酸键。 这 是糖酵 解途径 中唯一 的脱氢 反应。 
二 璘酸甘 油酸经 3- 磷酸 甘油酸 激酶的 催化, 将其所 含 的髙能 磷羧键 (〜P) 转给 ADP, 生成 
ATP 和 3- 磷^ 甘 油酸。 后者 经磷酸 甘油酸 变位酶 作用, 转变为 2- 磷酸 甘'; 由酸, 再经 烯薛化 
酶 催化进 行脱水 反应, 并引起 分子内 部能量 的重新 分配, 生成含 1 个高能 磷酸^ 的磷 酸烯薛 



一 121 一 



式丙 鬧酸。 磷酸 烯醇式 丙酮酸 经丙酮 酸激酶 催化, 将高 能磷酸 根转给 ADP, 生成 ATP 和 
丙酮^ , 这 是一个 不可逆 反应, 所释 放的能 量以高 能磷酸 键的形 式贮于 ATP 中。 在这一 阶 
段反 应中每 1 分子 3 - 磷 酸甘油 醛产生 2 分子 ATP。 反 应过程 如下: 

O 

/ COO 〜⑨ COOH 

H NAD + + H 3 P0 4 NADH + H+ H ' OH ADP (s) ATP „ • nT _ T 

H-C-OH^- \ (?) ^ — H -?- 0H OH 

I 3- 磷酸 甘油醛 脱氢酶 ch 2 o® 3 _ 磷 铰甘油 酸淤酶 cr: 2 o®.、 

CH 2 0® 

3- 磷酸 甘油醛 1,3- 二磷酸 甘油酸 3- 辚酸^ 油 酸.. 

COOH 

CO 〜② 
II 

CH a CH 3 

2- 磷酸 甘油酸 磷酸 烯醇式 丙酮酸 丙酮酸 

(4) 乳酸的 生成: 在无氧 情况下 丙酮酸 不能继 续氧化 分解, 须 经乳酸 脱氢酶 催化, 接受 
3- 磯酸 甘油醛 脱氢时 生成的 NADH+H+ 中的 两个氢 原子, 被 还原成 乳酸, 乳 酸是糖 酵解的 
终 产物。 这一反 应是可 逆的, 当氧充 足时乳 酸又可 脱氢氧 化成丙 酮酸, 

COOH m A r^rr , tt. 、t k m COOH 

CHOH 



~~ .H-CO-® 

变位酶 I 

CH,OH 



(10) H 2 9 00H ADP (n) ATP 9 00H 
.Mg"Z 一丄』 \Mg"Z 一 ^ = 



丙酮 酸激酶 



c=o 

CH, 

丙酮酸 



NADH+H+ NAD+ 

'1: 



乳酸 脱氢酶 



CH, 

乳酸 



上述 反应中 生成的 NAD + 又 可供给 另一分 子葡萄 糖进行 酵解。 可见, 无氧时 NADH 转 
变为 NAD+ 的 速度与 酵解速 度相当 e 因此, 糖酵解 可继续 不断地 进行, 糖酵解 的全过 程见图 
6-3, 其总 反应过 程为: 

葡萄糖 + 2H 3 P0 4 +2ADP ~~ >2 乳酸 + 2ATP + 2H 2 

催化 锫酵解 的酶都 在胞浆 的可溶 部分, 其 中己溏 激酶、 磷酸果 糖激酶 及丙酮 酸敛酶 ^是 
变构 酶, 活性 较低, 只能催 化单向 反应, 是 为调节 糖酵解 速度的 关键酶 (或 限速酶 )。 催化糖 
酵 解的酶 类见表 6-2。 . 

糖酵 解释放 的能量 较少。 由图 6-3 可见, 每摩尔 葡萄糖 酵解成 2mol 乳酸时 净生成 2mol 
ATP; 如从溏 原开始 酵解, 则每摩 尔葡萄 f 酵解时 净生成 3molATP 。而糖 有氧氧 化时, 每摩 

表 6- 2 催化 糖酵解 的酶类 ' 



反应 


m 


辅 助因素 


反应 




辅 助因素 


(1) 


- » 酸化 » 


H,P0 4 


(8) 


3- 磷 甘油^ ^ 癍 


ADP. Mg I+ 


(1') 


己糖 ^鏺, 葡萄 it 激酶 


ATP. Mg 2 + 


(9) 


n§ 甘油^ 变位钧 


2. 3- 二瑭酸 甘油酸 


(2) 


磷酸^ 糖 变位酵 


Mg i+ ,l,6- 二 g?B 葡萄粉 


(10) 


烯 醉化酶 


Mg' + 


(3) 


磷 酸己糖 异抅酶 




(11) 


丙酮酸 ^酶 


K+, Mg J+ . ADP 


(4) 


磷酸 果酶激 K 


ATP. M s 2 * 


(12) 


乳酸脱 Sli 


NADH+H* 


(5) 


^缩酶 




(13) 


葡萄糖 -6- 磷 S| 




(6) 


磷酸丙 糖异构 




(14) 


果搪二 e 酸癍 




(7) 


3 - 磷酸甘 油醛脱 


NAD+, H»P0 4 









122 — 



CHaOH OH»OS OHaOH 




酸 甘油酸 2ATP 2ADP & 3 "二 * 酸 甘油睃 

图 6-3 糖酵 解过程 
尔葡萄 糖净生 3 8 (或 3 6) mol ATP, 远远 多于糖 酵解所 释放的 能量。 

2. 糖酵 解的生 理意义 在 生理情 况下, 糖代 谢主要 通过有 氧氧化 供能。 糖酵解 供能虽 
少, 但 有其特 殊生理 意义。 糖酵 解的主 要生理 功能是 在缺氧 条件下 供能。 例如, 成熟 红细胞 
不含线 粒体, 靠糖酵 解维持 其能量 需要; 皮肤、 睾丸、 视 网膜及 大脑等 即使在 有氧情 况下仍 
可进 行糖酵 解获得 能量; 剧烈运 动时, 肌肉 处于相 对缺氧 状态, 在加快 糖有氧 氧化的 同时加 
速 糖酵解 才能提 供急需 的大量 能量。 在 病理情 况下, 如当 呼吸或 循环功 能发生 障碍时 (如心 
功能 不全、 肺心病 等), 因供氧 不足势 必加强 糖酵解 供能。 

3. 其他单 糖进入 糖酵解 的途径 由消 化道吸 收进入 体内的 己糖, 除葡萄 糖外, 还 有少量 
其他 己糖, 如 果糖、 甘 露糖、 半乳 糖等。 这些 己糖吸 收后, 可在 体内转 变而进 入糖酵 解序列 
继续降 解产生 能量。 

果糖 在肌肉 及肾赃 可经果 糖激酶 催化, 磷 酸化为 6- 磷酸 果糖, 或在 肝脏经 果糖激 酶催化 
生成 1- 磷酸 果糖, 然 后直接 生成磷 酸二羟 丙酮和 D- 甘油 醛进入 糖酵解 途径; 半 乳糖则 须经己 
糖 激酶、 UDPG:l- 磷 酸半乳 糖转尿 苷酶、 UDP- 葡萄糖 4- 表异 构酶等 酶的催 化下经 UDP 半 
乳糖、 UDP 葡萄糖 而形成 1- 磷酸葡 萄糖再 进入糖 酵解序 列继续 进行代 谢变化 (图 6-4), 



一 123 — 



在 有氧情 况下, 糖可 i : 切底 氧化分 解生成 co 2 和水, 同 时释放 大量能 量的过 程称为 糖的有 

氧氧化 , 糖 的有氧 氧化与 无氧酵 解有一 段共同 
途径, 即葡萄 糖氧化 分解成 丙酮酸 的过程 s 所 
不同的 是有氧 氧化时 丙酮酸 进入线 粒体, 氧化 

脱羧生 成乙酰 CoA。 然后, 乙酰 CoA 进入三 
羧酸循 环氧化 分解成 C0 2 和 H 2 0。 无 氧酵解 
时, 丙酮酸 在胞液 内接受 还原 成乳酸 3 糖的 
有氧 氧化与 无氧酵 解的关 系见图 6-5。 

1. 有氧氧 化的主 要过程 可分下 列三个 阶段: 

(1) 葡萄糖 氧化分 解成丙 酮酸: 这 个阶段 与无氧 酵解过 程基本 相同, 也是 在胞液 中进行 
的, 所不同 者是所 生成的 NADH+H+ 不参与 丙酮酸 还原为 乳酸的 反应, 而是 通过线 粒休内 
NADH 呼吸 链使 NADH+H+ 中的 2H 氧化成 H 2 0, 并 释放能 量形成 ATP。 

(2) 丙酮 酸氧化 脱羧生 成乙酰 CoA: 糖的 有氧氧 化过程 从丙^ "':7^' : '' '':.「t^7「 始, 部 



^nuib 、 

— ^""^ 丙躕酸 •OfcColQ^ 00 *'^' 能 2 

LDH+H + | 三羧 钹循环 

乳 © 

无^^ 解 

图 6-5 糖 有氧氧 化与无 氧酵解 的关系 



CH.OH 

H0 /\ ― °\ H 
\/ H \| 
|\ OH H /\ 
H \| \/ 0H 



糖原 
1 



H 0H 

/ 半乳糖 

UDP 半乳^ 



1 -磷酸 葡萄糖 — UDP 葡萄搪 



CH.OH 







HI 







HOCH s 

'H CH\| 
\| 一 [/l\ATP 
H I I 0H\ 
OH H \ 



\ H 

\! 

H /i\ATP 
/ 0H\ 

—I \ 
OH 6- 磷酸 葡萄糖 



CILOH 



H 



CH 2 OH 

! —— 0、 



、 H 

!\ OFi HO 〉| 甘露粒 
HO \| 1/ OH 



I- I 



H 



1 



果懷 
i 

1- 磷 酸果糖 



6_磷^果,^^ 6- 磷酸 甘露糖 

1,6- 二 酸果糖 



i 

甘油^ 
ATP 



1 



羟丙 3- 磷致甘 油醛— 糖酵解 



图 S-4 各种单 溏进入 糖酵解 的途径 



糖的有 氧氧化 



HKO 葡 

H 



r-124 



在线粒 体内进 行 4 。 胞液 中的丙 銅酸透 过线粒 体膜迸 入线粒 体后, 经丙 酮酸脱 氢酶系 催化, 进 

行氧化 脱羧并 与^與入 结合 生成乙 酰辅酶 A, 这是 一个关 键性的 不可逆 反应, 为连接 糖酵解 
和 三羧酸 循环的 ^ 要环 节, 也是糖 类经丙 酮鲛进 入三羧 酸循环 的必经 途径。 

CH,C0rO00i !H + H: S 〜CoA — MMMffl^. > CH s CO~SCoA 

Z 、 \ 

NAD+ NADH+H+ CO, 
丙酮酸 辅酶 A 乙 酰辅酶 A 

丙 酮鲛脱 氢酶系 是由丙 酮酸脱 氢酶、 硫 辛酸乙 銑基转 移酶及 二氢硫 辛酸脱 氢酶组 成的多 
酶: TL 合休。 丙酮酸 脱氢酶 系催化 丙嗣^ ^ 化 脱浚的 反应过 程比较 复杂, 除了上 述三种 酶协同 

参加催 化外, 尚需 焦磷酸 硫胺素 (TPP)、 NAD + 、 硫辛酸 (L〈〖)、 辅酶 A (CoA — SH)、 

黄素腺 嘌呤二 核苷酸 (FAD) 及 M S 2+ 六种辅 酶或辅 助因子 参与丙 酮酸氧 化脱羧 反应。 丙酮 
餃氧化 脱羧产 生乙酰 CoA 的同时 脱去 a 位羧 基, 是一种 <x- 氧化脱 羧作用 。下述 三羧酸 循环中 
的 a- 酮戊 二酸的 氧化脱 羧作用 与丙酮 铰 氧化 脱羧反 应十分 相似, 均属不 可逆的 a- 氧化 脱羧反 
应。 

(3) 三羧酸 循环: 又称 柠檬酸 循环或 Krebs 循环。 这一 循环反 应极为 重要。 它 不仅是 
糖有氧 氧化的 必经途 径也是 脂肪及 氨基酸 等代谢 的共同 道路。 

上述丙 酮酸经 a- 氧化脱 羧生成 的二个 碳单位 (乙^ 辅酶 A) 与四 个碳的 化合物 (草 酰乙 
m 缩合 产生六 个碳的 化合物 (泞檬 酸), 异 构后经 氧化脱 羧成五 个碳的 化合物 (a- 酮戊二 酸), 




一 125 — 



再氧 化脱羧 即成四 个碳的 化合物 (琥珀 酸), 最后又 生成草 酰乙酸 (图 6-6)。 含 两个碳 原子的 
乙酰 基进入 三羧酸 循环, 可生成 2 分子 C0 2 , 脱下 4 对氢 原子, 后者通 过呼吸 链的氧 化磷酸 
化 可产生 11 分子 ATP。 循 环过程 中生成 1 分子 GTP (GTP + ADP— GDP + ATP)。 因此, 
三羧酸 循环每 循环一 次可释 放大量 能量, 生成 12 分子 ATP。 
三羧酸 循环的 整个反 应见图 6 - 7。 



OEsCOCOOH , 

賺 nsC 





CH 2 COOH 
CXDCOOH 

草 K 乙珀 



Co A SB 

、 ^〜 OffaCOOH 
《① O(0ffiCO0H 
GH&OOOR 

柠檬酸 





CHjCOdH 
Ah(OH)CO0H 



苹果眩 



CH^OOOH 

C-COOH 
ii 

CH00OH 
顺乌头 酸\ H»0 



.OHCOOH 
II 

OHOOOH 




CHaCOOH 

OU00OH 
CHCOIDCOOH 



异拧様 》 




Cfl,COOH 
I 

C3H 2 COOH 



號珀酸 



ooAsn 
H3P0* 



GTF 麵 CoASH 

GDP OH 2 CO-S0^/ (4) 



|l 珀 RCbA 



2H OO2 



OHaCOOH 
OH3 

CO-OOOH 
a -頹 戊二醆 




•0fi2000Hi 
ICHCOOH I 

Lcocooh J 



萆酰 琥珀酸 



m 6-7 三羧 酸循环 

三羧酸 循环反 应过程 

(1) 乙酰 CoA 与草酰 乙酸缩 合成拧 檬酸: 在柠 檬酸合 成酶催 化下, 乙酰 CoA + 草酰乙 
酸 +H 2 ~ > 柠檬酸 + CoASH (先 由乙酰 CoA 与草 酰乙酸 缩合成 柠檬酰 CoA, 后水 解成泞 
檬酸和 CoA), 此反应 在生理 条件下 是不可 逆的。 柠檬 酸合成 酶是变 构酶, 是 三羧酸 循环的 
一个 重要调 节点。 

(2) 柠檬 鲛转变 成异柠 檬酸: 在 顺乌头 酸酶催 化下, 柠檬 酸先脱 水转变 为顺乌 头酸, 再 
叫? 6, 



表 6-3 催 化三羧 酸循环 的晦类 



反 应 


酶 


辅 助因索 


(1) 


柠據酸 合成酶 






tv< J £tx If f 


Fe l + 


(3) 


异柠棣 酸脱氢 » 


NAD+, Mn 2+ 或 M g : + 


(4) 


a- 爾戊二 酸脱氢 K 系 


jTPP, NAD + 、 CoASH. 
\FAD. M g 2+ 、 硫辛酸 


(5) 


琥珀酸 琉激癍 


GDP. HjP0 4 


(6) 


琥珀酸 脱氢酶 


FAD. Fe ! + 


(7) 


延胡 索酸癍 




(8) 


苹果酸 脱氢酶 


NAD + 



一 H 2 +H 2 

加入 一分子 水转变 为异柠 檬酸, 均 为可逆 反应。 柠樣酸 《 顺 乌头酸 ― 异 柠檬酸 

+H 2 一 H 2 

(3) 异柠檬 酸氧化 脱羧成 a- 酮戊 二酸: 其反 应为: 

异 柠檬酸 +NAD+ (NADP+) ~~ >ct- 酮 戊二酸 + C0 2 + NADH(NADPH) + H+ 
催化 此反应 的有两 种异柠 檬酸脱 氢酶, 一种以 NAD+ 为 辅酶, 存在 于线粒 体中, 是一种 
变构 酶, 它是三 羧酸循 环中的 一种限 速酶, ADP 和 NAD+ 是 变构激 活剂, ATP 和 NADH 
是 变构抑 制剂, 无草 酰琥珀 酸中间 产物; 另一 种是以 NADP+ 为 辅酶, 存在于 线粒体 及胞液 
中, 它 不是变 构酶。 有草 酰琥珀 酸中间 产物。 

这一反 应使异 柠檬酸 分子上 a- 碳 的羟基 氧化成 羰基, 同 时脱去 P 位羧 基, 通 常称为 P -氧 
化脱羧 反应, 是生理 条件下 不可逆 的反应 ,是三 羧酸循 环中第 二个调 节点。 三羧 酸循环 反应均 
在线 粒体内 进行, 其所 以在图 6- 7 中 写出草 酰琥珀 酸中间 产物是 因为心 肌细胞 的线粒 体中含 
有 上述两 种类型 的异柠 檬酸脱 氢晦。 大 多数组 织的线 粒体中 异柠檬 酸脱氢 酶是以 NAD+ 为辅 
酶的。 

(4) a- 酮戊二 酸氧化 脱羧成 琥珀酰 CoA: a- 酮戊 二酸脱 氢酶系 催化此 反应。 其 反应为 
ct- 酮 戊二酸 + NAD+ + CoASH ~~ > 琥珀酰 CoA + C0 2 + NADH + H + 

这一酶 系是由 a- 酮戊 二酸脱 氢酶、 硫辛 酸琥珀 酰基转 移酶及 二氢硫 辛酸脱 氢酶组 成的复 合体, 
是三 羧酸循 环的第 三个调 节点, 其 作用模 式与丙 酮酸脱 氢酶系 相似。 属不 可逆的 a- 氧 化脱羧 
反应。 

(5) 琥珀酰 CoA 转 变成琥 珀酸: 琥珀酸 硫寧酶 催化此 反应。 
琥珀酰 CoA + GDP+H 3 PCV ^~ ^號 珀酸 +'GTP + C©ASH 

这是三 羧酸循 环中唯 一直接 生成高 能磷酸 键化合 物的反 应。 所 生成的 GTP 经 核苷二 硤酸激 
酶 催化, 可 转变为 ATP。 

GTP + ADP* ~~ ^ATP + GDP 

(6) 琥珀酸 脱氢酶 (辅 基为 FAD) 催 化琥珀 酸脱氢 成延胡 索酸。 

琥珀酸 + FAD^ ^延 胡索酸 + FADH: 

(7) 延胡索 酸在延 胡索酸 酶催化 下加水 生成苹 果酸。 
延胡索 ^+H 2 ——— 苹果酸 

(8) 苹果^ 脱氢成 莩酰乙 这 是三羧 酸循环 的最后 一步, 反应是 由苹果 酸脱氢 誨催化 



一 127 — 



的。 苹果酸 + NAD+^ >草 酰乙酸 + NADH+H+ 

三 羧酸循 环的最 后阶段 (6- 8) 是四个 碳的化 合物的 反应, 即琥珀 酸转变 为草酰 乙酸, 共 
有 三步: 脱氢, 加水, 再 脱氢。 

三 羧酸循 环总结 如下: 

(1) 三羧 酸循环 是在线 粒体内 进行的 不可逆 循环, 每 循环一 次消耗 1 个乙 酰基。 循环中 
两次脱 羧生成 2C0 2 , 四次脱 氢生成 4X2H(3NADH + 3H + + 1FADH 2 ), 经呼 吸链氧 化偶联 
磷酸 化可生 11 分子 ATP, 加 上循环 一次底 物水平 磷酸化 产生的 1 分子 ATP, 故每循 环一次 
共产生 12 分子 ATP。 

(2) 三 羧酸循 环从草 酰乙酸 开始, 最 后仍生 成草酰 乙酸, 虽 其数量 不变, 实际由 于它参 
与其 他物质 代谢, 在不断 更新。 例如, 通过 转氨基 作用, 草 酰乙酸 与天冬 氨酸可 以相互 转变。 
又如, 草 酰乙酸 可脱羧 生成丙 酮酸, 丙酮酸 也可经 丙酮酸 羧化酶 催化生 成草酰 乙酸。 三羧酸 
循 环总结 IF. 图 6-8。 




图 6-8 三羧 酸循环 总结图 



2. 有氧氧 化的生 理意义 

(1) 释 放大量 能量: 糖有氧 氧化的 主要生 理功能 是氧化 供能。 在有 氧条件 下每摩 尔葡萄 

糖完 全氧化 可生成 38 (36)mol ATP (若 从糖原 的葡萄 糖单位 幵始, 每摩尔 可生成 39 (或 
37)mol ATP, 而醇解 仅生成 2( 或 3)mol ATP, 约为糖 酵解的 18〜19 倍。 葡 萄糖有 氧氧化 
生成 ATP 的情 况见表 6-4。 

糖的 有氧氧 化不但 产能效 率高, 而 且逐步 释能, 并逐步 贮存于 ATP 分 子中, 能 的利用 

率 极高。 

人体 组织, 除成熟 的红细 胞外, 均可 进行糖 的有氧 氧化, 缺氧时 则迸行 酵解, 氧 充足时 
酵解 减弱。 这种 在有氧 条件下 糖酵解 被抑制 的现象 称巴斯 德效应 (Pasteur Effect)。 巴斯德 
效 应并非 所有细 胞代谢 的普遍 规律。 例如, 肿瘤细 胞及一 些生长 迅速的 细胞, HI 使供 氧充足 
仍 进行着 旺盛的 酵解, 这可能 与胞液 中迅速 合成蛋 白质消 耗大量 ATP 有关。 

(2) 糖有氧 氧化, 特别是 三羧酸 循环, 也是脂 肪和蛋 白质在 体内氧 化分解 的必经 途径: 



― 128 — 



表 6 - 4 葡 萄糖有 氧氧化 生成的 ATP 



钗化 ^段 主要反 应过程 I 生成 ATP 数 



合 计 38 ( 或 36〉 

* 因 胞液中 2(NADH+H + ) 的 2X2H 进入 线粒体 内方式 不同, «化 稱酸化 后生成 4 或 6ATP 详 见穿梭 作用. 
三大物 质通过 各自的 特有方 式转变 成三羧 酸循环 的中间 产物, 再 进入循 环而氧 化成二 氧化碳 
和水。 此外, 三 大物质 通过三 羧酸循 环的中 间产物 而彼此 联系。 因此, 三羧酸 循环不 仅是三 
大物 质氧 化供能 的共同 途径, 而且 也是它 们相互 转变的 枢纽。 

* 上面 已经提 到由于 胞液中 2(NADH+ + H+) 的 2X2H 进入 线粒体 内方式 不同, 氧化 磷酸化 后生成 4 或 
6ATP. 下 面就两 种穿梭 作用作 介绍. 

a- 磷酸甘 油穿梭 作用: 糖 酵解在 胞液内 进行, 其中 S- 磷酸 甘油 醛或乳 酸两者 脱氢时 也都在 胞液里 产生了 
NADH + H+, 线 粒体膜 不容许 NADH+H+ 透过, 故 NADH + H+ 是不 能直接 进入线 粒体内 氧化, 须借助 
于 a- 碟酸甘 油穿梭 作用透 过线粒 体膜, 将 NADH + H+ 中 2H 携入 线粒 体内再 通过呼 吸链的 电子传 递氧化 
成水, 产生 二分子 ATP. 磷酸甘 油穿梭 的^ 反应 过程首 先在以 NAD 为 辅酶的 ct- 磷酸 甘油脱 氢酶催 化下, 硖 
酸二羟 丙酮波 还原成 a- 磷酸 甘油。 a- 磷 酸甘油 可进入 线 粒体, 并 在线粒 体内经 FAD 为 辅基的 ot- 磯 酸甘油 
脱氢酶 催化, 使 a- 磷酸 甘油再 脱氢氧 化成磷 酸二羟 丙酮, 后 者又扩 散返入 胞液, 再继续 起着传 递氢的 作用. 
须注 意线粒 体内的 a- 磷酸 甘油脱 氢酶是 一种以 FAD 为辅 基的脱 氢酶: (与 胞液中 a_ 磷酸甘 油脱 氢酶以 NAD 
为辅 酶不同 ), 因此, 胞液中 NADH+H+ 转变 为线粒 体内的 FADH,, 只产生 2 分子 ATP. 前述总 反应一 分 
子葡 萄糖彻 底氧化 可生成 38 分子 ATP. 严 格说实 际生成 36 分子 ATP, 因为 胞液中 ct- 磷酸甘 油醛脱 氢生成 
NADH+H+ 进入 线粒体 须通过 a- 磷酸 甘油穿 梭泎用 转变为 FADH 2 , 其中 2H 经呼吸 链氧化 只生成 2 分 
子 ATP. <x- 璘酸 甘油穿 梭作用 如下: 



CH 2 OH CH,OH 
I NADH+H+ NAD+ | 
C«=0 \ / — HO— C— H 



:H 2 OPO,H, CH 2 OP0 3 H 2 胞液 

磷酸二 羟丙酮 a- 璘 酸甘油 
1 | r 线 粒体膜 

CH 2 OH CH t OH 

I t a- 磷 酸甘 油 脱氢酶 I 

C-0 / ~~ \ HO— C— H 

I FAD2H FAD | 

CH 2 OPO,H t '' CH J OPO s H J 

] 呼吸 链传递 线粒体 



菊 萄糖一 ~»3- 磷酸 葡萄糖 

G- 磷酸^ 萄糖 ~ >1,6- 二 » 酸果糖 

2X〔3- 磷酸 甘油醛 + NAD++H,P0 4 — *1,3- 二璘酸 甘油酸 + NADH+H + 〕 
2x〔i,3- 二瑛酸 甘油酸 +ADP ~ >3- 磷酸 甘油酸 +ATP〕 
2X 〔磷 酸烯 醉式丙 麵 酸 +ADP ~ > 丙兩酸 +ATP〕 



2X 〔丙^ 酸 +NAD+ + 辅 HA ~ >^StCoA + C0 2 +NADH+H + 〕 



2X 〔异 柠樣酸 +NAD+ ~ >a-S 戊二酸 + NADH + H+〕 

2X〔 a - 阑 戊二酸 + NAD++CoA ~~ » 琥珀酰 CoA + C0 2 + NADH+H + 〕 

2X 〔琥 珀酰 CcA+ADP + H,PO* ~ > 琥珀酸 + ATF + CoA〕 

2X 〔琥 珀鲛 + FAD ~ >延 胡索酸 + FADH»〕 

2X 〔苹 果酸 + NAD+ ~ >草酜 乙酸 + NADH + H+〕 



-1 
-1 

3X2(^2X2)* 
?X2 
1X2 



3X2 



3X2 
3X2 
1X2 
2X2 
3X2 



1 

CoA 



i 

C0 2 +K,0 



I 氡 化分解 



% 三羧 餃循环 



一 129 — 



2H + K0 2 ~ >H 2 



2 ATP 

苹果 酸穿梭 作用: 体内 还有一 个苹果 酸穿梭 系统, 即胞 液中的 NADH + H+, 在苹 果酸脱 氢酶作 用下, 
将 NADH+H+ 移交 给草酰 乙酸, 生成苹 果酸. 苹果酸 能穿过 线粒体 内膜, 进入线 粒体, 随 即在线 粒体中 
的苹 果酸脱 氢酶作 用下, 氧化 成草酰 乙酸。 这一 反应所 放出的 2H 则由 NAD+ 接受 而变成 NADH+H+, 并 
通过呼 吸链氧 化产生 3 分子 ATP。 然而草 酰乙酸 不能直 接透过 线粒体 膜返回 胞液, 必 须受谷 -草转 氨酶作 
用转变 成天冬 氨酸与 a- 酮戊 二酸, 才能穿 过线粒 体膜, 再进入 胞液。 可见 胞液内 产生的 NADH+H+, 通 
过苹果 酸穿梭 系统进 入线粒 体内, 沿着 呼吸链 受到氧 化时, 就 可产生 3 分子 ATP. 
苹 果酸穿 梭作用 如下: 



胞 液 



NAD* 苹果 酸- 



苹果酸 脱氢酶 



NADH + H+ 草 酰乙酸 谷氨酸 
\7 



天 冬氨酸 a- 酮戊 二酸 



线粒体 



> 苹果酸 



苹果酸 脱氢酶 



NAD— 



一" ~> 谷氨酸 草 酰乙酸 NADH + H — 



呼吸链 
传递 



3ATP 



八 

a- 酮 戊二酸 天 冬氨酸 一 



三、 磷酸戊 糖通路 (磷 酸己糖 旁路) 

糖 的有氧 氧化和 糖酵解 是糖分 解代谢 的主要 途径。 此外, 还有一 些代谢 旁路, 其 中以瞵 

NADPH+H* 



葡萄 « 
I 

6- -^ 酸 葡萄搪 



6- 磷 酸果糖 



3— 磷酸 甘油瘙 



ft 酸 丙, 酸 



NADP 



6 - 磷酸葡 萄糖錢 

•nae»p* 

NADPH+.H* 

^酸 戊塘畠 



co, ! 

s- 璘酸核 S« 



5 —磷酸 木爾塘 5-1¥酸核» 



酸 戊糖通 路比较 重要。 这 条旁路 的优点 是可以 
不 经过三 羧酸循 环而使 葡萄糖 或糖原 氧化分 

解, 并生成 NADPH + H+ 和磷 酸核糖 (戊糖 ), 
故称磷 酸戊糖 通路。 许多 组织的 细胞液 中都存 
在这条 通路。 - 

# 1. 磷酸 戊糖通 路的简 要过程 (图 6-9) 第 一步反 
应和糖 酵解或 有氧氧 化相同 : 首 先葡萄 糖被磷 酸化成 
6- 磷酸葡 萄糖. 在 6- 磷酸 葡 _ 萄& 脱氢 酶等催 化下, 6- 
磷酸 葡萄糖 脱氢加 水生成 6- 磷 酸葡萄 糖酸, 后 者在酶 
催 化下脱 氢和脱 羧生成 5- 磷酸核 酮糖, 再由不 同的酶 
催 化成为 5- 磷酸 核糖和 5- 磷酸木 酮糖。 5- 磷酸 核糖和 
5- 碟酸木 酮糖, 再经 过一系 列化学 反应, 生成 3- 磷酸 
甘 油醛和 6- 磷酸 果糖, 这 样又可 进入糖 酵解或 有氧氧 
化 通路进 行分解 代谢. 上述 过程中 脱下的 氢均以 NADP+( 辅酶 n) 为受 氢体, 生成 NADPH+H 
辅酶 I). 

•2. 磷酸 戊糖通 路的生 理意义 




乙酰 CoA. 



三羧 酸循^ 



ca+fto+ 能量 



图 6-9 磷酸 戊糖通 路简图 



(还 原型 



— 130 — 



(1) 磔酸 核馆的 生 成.. 磙 酸戊糖 通路是 机体利 用葡萄 糖生成 5- 磷酸核 糖的唯 一代谢 途径. 5 _ 磷 酸核糖 
是合 成各种 核苷酸 和核酸 的重要 原料. 由 于核酸 参与蛋 白质的 合成, 故 繁殖旺 盛或损 伤后修 补再生 作用强 
的 组织. 如 心肌和 肝脏等 组织中 磷酸戊 糖通路 活跃. 

(2) NADPH 的 生成: 此通路 生成的 NADPH 主要功 用有三 : 

① 作 为某些 重要物 质的供 氢体: 如脂 肪酸、 胆固 醇和类 固醇激 素的生 物合成 需 要大 E 的 NADPH. 故 
在 合成脂 类及类 固醇比 较旺盛 的脂肪 组织、 肾上腺 皮质、 性腺 及哺乳 期的乳 腺等组 织中, 戊糖 通路进 
行 得比较 活跃. 当 心肌和 肝脏缺 血时, 由于 缺氧, 此通 路相对 增强, 甚 至由于 NADPH 生成増 加, 脂肪合 
成 墦多, 可发 生心肌 脂肪性 变和脂 肪肝, 

② NADPH 是 谷胱甘 还 原酶的 辅酶: 氧 化型谷 胱甘肽 (GSSG) 还原 成还原 型的谷 胱甘肽 (GSH) 需 
NADPH, 这 对于维 持细胞 还原型 谷胱甘 肽的正 常含量 有重要 作用。 因为, G-SH 有抗 氧化剂 作用, ^保 
护 含巯基 (一 SH) 酶类的 活性, 主要 使巯基 (活性 基团) 免被 氧化而 失活. 

NADPH + H+ NADP+ 
GSSG (氧化 型谷胱 甘肽) 、谷歸^ ^酶 -2G-SH (还原 型谷胱 甘肽) 

③ NADPH 维持红 细胞完 整性: 因为, 它 可使红 细胞中 G-SH 维 持一定 浓度, G-SH 可 保护红 细胞^ 
上蛋 白质和 酶类, 使其活 性基团 (一 SH) 免 遭氧化 失活, 故能保 持红细 胞的完 整性, 进 行正常 代谢. 有一种 
遗传性 6- 碟酸葡 萄糖脱 氢酶缺 乏症, 因磷酸 戊糖通 路发生 障碍, 不 能产生 NADPH, 因而 G-SH 含量 很低, 患 
者红 细胞很 易破坏 而发生 溶血性 贫血和 溶血性 黄疸. 已知 葡萄糖 6- 磷酸 脱氢酶 的遗传 性缺乏 有数种 类型, 所 
有 类型都 是对某 些药物 易感, 导致 溶血。 给 葡萄糖 6- 磷酸脱 氢酶缺 乏的病 人使用 8- 氨基 喹啉、 砜类、 磺胺 
等 药物, 会造成 GSH 的 平均水 平迅速 下降. 丙酮酸 激酶缺 乏症患 者由于 糖酵解 受障, 故影响 红细胞 的能量 
来源, 也 可出现 溶血。 ' 

四、 糖醛 酸途径 

糖醛 酸途径 是指葡 萄糖经 过葡萄 糖醛酸 衍生物 转变为 5- 磷酸 戊酮糖 的代谢 途径. 
糖 醛酸的 代谢途 径简示 如下: 



I 

6- 磷酸 葡萄塘 
i 

1- 磷酸 葡萄糖 
i 

UDJ>p (尿苷 二硤酸 葡萄糖 ') 

/2NAD + 
〔UDPG 脱氢酶 
>2NADH + 2H + 

UDPGlcUA (尿苷 二磯酸 葡萄糖 醛酸) 
i 

1- 磷 鲛葡萄 糖醛睃 
I 

D- 葡萄 糖醛酸 

/NADPH+H+ 

\NADP + 

L- 古 古洛糖 酸内酯 古洛糖 酸内酯 氧化酶 —抗 环血酸 
/NAD + 

\nadh+h + 

3-^"'L- 古 洛糖酸 



L- 木爾糖 

/NADPH+H* 

( L- 木酮糖 还原酶 

\nadp* 

c 糖醇 

/NAD* 

\NADH+H* 

D- 木酮糖 
i 

5- 磷酸 木酮糖 
1 

磷酸戊 糖途径 

这 个途径 的一个 关键性 中间产 物是尿 苷二璘 酸葡萄 糖醛酸 (UDPGlcU A), 即 所谓" 活性" 葡萄糖 H 铰, 
从 UDPG 经 UDPG 脱氢 誨催化 下氧化 成尿苷 二碟酸 葡萄糖 醛酸的 过程见 下面反 应式. 

, 



0: 



HN CH 

I II 
=C CH 



H 



~~ 1 
HO 



CH 2 OH 
H 



N x O CH, —⑨一 ® — O 

\ 

、一 / 
H 

HO OH 
UDPG 



l/i 



OH 



H H 



2NAD^ 
\ 



\ 

2NADH 
+ 2H+ 



I I H 
OH OH 

JDPGlcUA 

在真 核细胞 进化过 程中, UDPGlcUA 可经 上述反 应过程 生成抗 * 坏 血酸, 即 维生素 C. 但是灵 长类和 
许 多鱼类 因长期 摄取富 于抗坏 血酸的 食物, 巳经不 再能合 成抗坏 血酸. 因为灵 长类缺 乏古洛 糖酸内 酯氧化 
酶的 缘故. 

对人 来说, 糖 醛酸途 径的主 要生理 意义在 于生成 "活化 "的 葡萄糖 醛酸即 UDPGkUA. 葡 萄 糖 醛酸是 
蛋白多 糖的重 要组成 成分, 如透明 质酸、 硫酸软 骨素. 肝素等 多糖分 子中的 葡萄糖 錢酸基 即由其 提供. 它 
也 是一种 重要的 结合解 毒剂, 它 的半缩 醛羟基 既可与 羧基结 合成葡 萄糖醛 酸酯, 又可 与醇基 以醚式 结合, 
所 以可与 许多代 谢产物 (胆 红素等 )、 药物 及毒物 结合, 促进其 排出. 

一 种原发 性戊粽 尿症是 由于此 途径中 L- 木詷 糖还原 酶的先 天性缺 乏导致 L- 木酮糖 堆积而 自尿中 排出. 

糖醛 酸代谢 要消耗 NADPH+H+ (同 时生成 NADH), 而磷酸 戊糖代 谢途径 可生成 NADPH+H\ : 
因此 二者有 密切的 关系, 当磷酸 戊糖代 谢途径 发生障 碍时, 必 然会影 响糖醛 酸代谢 的顺利 进行. 
. 现将糖 的有氧 氧化: 塘 酵解, 磷 酸戊糖 通路及 糖醛酸 代谢的 相互关 系归纳 如下图 (图 6-10), 

— 432 — 



3H 



H H 

o ro 



H 



1 




I ~一 



2 NAD' 



2 ( NADH+H+ y 



3NAD+ 
3(NADH+E + ) 



UDPa 
、 



- 有氧氧 化- 



-® 藤" 



葡棚 
I 



•G-S-p »-F—I,6-: P- 

|,NAI>P» 



卜 NADPH+H* 
6- 赚 

13 萄糖跤 

NADP* 



8 -磚酸 甘油薛 



II 

丙 m 



'乙 StCoA' 



CO. 
+ 



NADP* NAD 



5 "磷 鲛核糖 



1 ^^戊 ^通路 -"" I 



广 



UDP— • 
葡萄糖 醛铰- 



2(NADPH+H + ) 2NADP+ 



UDP 
-«£: 



2 NAD* 



I *l 醛酸代 * 

图 6-10 ^ 的有氧 氧化. 糖 酵解, 磷酸 戊糖通 路及糖 醛酸代 谢的相 互关系 



笫 H 节 糖原 的合成 与分解 

糖 原是人 体细胞 贮存糖 的主要 形式。 当葡 萄糖充 足时, 组织细 胞可摄 取葡萄 糖合成 糖原, 

其中肝 脏和肌 肉贮存 的糖原 较多, 分别 称为肝 糖原和 肌糖原 (正 常成人 肝糖原 总量约 100 克, 
肌糖原 200〜400 克)。 在细胞 需要能 量时, 糖原被 分解, 这对维 持血糖 浓度、 保证供 给组织 
活 动所需 的能量 起重要 作用。 , 

―、 糖原 的合成 

体内 由葡萄 糖合成 糖原的 过程称 为糖原 合成。 糖原是 由许多 葡萄糖 组成的 带有许 多分支 
的 人分子 多糖, 其直链 部分借 cc-1, 4 糖苷键 相连, 分支 处则以 6 糖苷键 相连。 糖 原合成 
的反 应过程 如下: 

1. 6- 谤酸 葡萄糖 的生成 



葡萄糖 



ATP ADP 

\ Mg^ / 
~ ^激酶 
葡萄 糖激酶 (肝) 



—6- 磷酸 葡萄糖 



这 步反应 与葡萄 糖酵解 的第一 步反应 相同, 
2. 1-谤 酸 葡萄糖 的生成 

6 - 磙酸葡 萄糖— 



^钹 葡萄糖 变位诲 



—1- 磷酸 葡萄糖 



— 133 一 



3. 尿苷 二磷酸 葡萄糖 (UDPG) 的生成 



CH,OH 





D 1 1 

+ H0—p〜0—P〜0— P — — CH 意 



o 



l- wss 葡萄糖 



cr o" o_ 

UTP 

1 



0. 



o 

II 



CH t OH 



-0、 



O I o 
II ! » 
O-rP 



一 



O 



HN 
0: 
— CH, 



+ PPi 



尿苷 二磷酸 葡萄糖 (UDPG) 

在 UDPG 焦磷 酸酶催 化下, 1- 磷酸 葡萄搪 与三磷 酸尿苷 (UTP) 作 用生成 UDPG, 释放 
出 焦磷酸 (PPi)。 

4. 糖原 的生成 糖原 合成时 需先有 微量小 分子糖 原为, I 子", 在糖原 合成酶 (为 控制糖 
原合 成的限 速酶) 催 化下, 使 UDPG 中活性 葡萄糖 逐步加 到糖原 "引子 "的分 支上。 新 加入的 
葡萄糖 残基以 a-l, 4- 糖苷 键连于 糖原" 引子" 的非还 原端, 并 可同时 在糖原 "引子 "的 几个分 
支 末端的 非还原 端增加 葡萄糖 残基。 这样, 糖原的 直链部 分逐渐 延长。 当各支 链的葡 萄糖残 



CH^OH CH 2 OH CHjOH 

hJ-OvH H Ujr-O^L 



H OH OH OH 
UDPG 



6'~7 个 葡萄璲 



UDP- 



1 糖 iS 合成 B 



H OH H OH 
糖 子' (Primer) 



萄搪 苷«. 4 
分支 » 



一 iX^jC^wC^wC^C^- 



图 6-11 糖原合 成过程 



— 134 — 



基延 长到适 当的长 度后, 即开 始在分 支酶傕 化下, 使 距非还 原端约 6〜7 个葡萄 糖单位 的糠链 
上的 a-1,4- 糖苷键 转变成 a-1,6- 糖苷键 (分支 处), 从而使 糖原分 子每隔 8〜12 个葡 萄糖残 
基即 出现一 个支链 (图 6-11)。 

糖 原合成 过程中 每增加 1 个葡萄 糖单位 需消耗 2 个 高能磷 酸键, 即 在葡萄 糖磷酸 化成为 
6- 磷酸 葡萄糖 时消耗 1 分子 ATP, 在 1- 磷酸葡 萄糖经 UDPG 合成 糖原时 又消耗 1 分子 
UTP(UDP-f ATP 一- >UTP+ADP), 故合成 糖原时 每增加 1 mol 葡萄糖 共消耗 2 mol ATP。 

# 其他单 糖合成 糖原途 径如甘 露糖和 果糖经 己糖激 酶催化 分别磷 酸化为 6- 磷酸甘 露糖和 6- 磷酸 果糖, 
果 糖亦可 经肝脏 或肌肉 中专一 的果糖 激酶催 化生成 1- 磷酸 果糖. 半 乳糖经 肝脏中 半乳糖 激酶催 化生成 1- 磷酸 
半 乳糖. 这些 磷酸单 糖在有 关的酶 连续催 化下, 均可 转变为 1- 磷酸葡 萄糖. 1- 磷 酸葡萄 糖即可 按糖原 合成步 
骤 生成糖 原或在 肝脏水 解成为 葡萄糖 (图 6-12). 

己^ Sil,ATP 



甘露 糖' 
果 糖- 



己糖 »»,ATP 



"••6- 磚酸 甘露慷 

k 磷酸甘 S 糖同 分异构 91 
—•6- 瞵 酸果糖 



-辚 致果瑭 
半乳 « 



果糖 激膚, 八!^果糖二 请酸, 

1- 磷酸 果糖激 R 
ATP.Mg 2 * 



6- 磷酸 葡萄糖 

i,6-r« 



半乳糖 《«,ATP,Mg«* 

(1) 



-R 酸半? I 锖 



说' 酸葡萄 搪变位 B 



碰 G UDPGal 



1- 磷酸葡 §tt 、—糖 56' 

葡萄铕 -6-»K@|(fF), 

葡萄糖 



图 6-12 其 他单糖 合成糖 原途径 

UDPG, 尿苷二 » 酸 葡萄糖 UDPGal« 尿苷 二瑛酸 半乳糖 
酸半乳 糖尿苷 K 转移 » (2) 半乳糖 -4- 表异构 » 

二、 糖原 的分解 

糖原 分解成 葡萄糖 的过程 称糖原 分解。 糖原 在无机 磷酸存 在下, 经磷 酸化酶 催化, 从糖 
原分 子非还 原端的 a-1,4- 糖苷键 开始逐 步地磷 酸解, 释放出 1- 磷酸葡 萄糖, 直 至生成 极限糊 
精 (a-1,6- 分支 点两侧 各剩下 4 个葡萄 糖残基 )。 1- 磷酸葡 萄糖经 磷酸葡 萄糖变 位酶催 化生成 
6- 磷酸葡 萄糖。 最后, 在 肝脏所 特有的 葡萄糖 -6- 磷 酸酶催 化下, 水 解成葡 萄糖。 极限 糊精中 
a-1,6- 分支点 两侧葡 萄糖上 所连接 的三糖 残基, 经寡 (1,4—1,4) 葡聚 糖转移 酶催化 转移到 
另一支 链上, 以 a-1,4- 糖苷 键连接 于支链 末端葡 萄糖残 基上。 然后, 经 脱枝酶 催化, 将 1, 
6- 糖 苷键上 的葡萄 糖水解 出来。 糖原 分解过 程如图 6-13 所示。 

糖原合 成与分 解的生 理意义 由 于人的 进食时 间是间 断的, 食 后血糖 升高, 必须 贮存一 
定量糖 以备不 进食时 的生理 需要。 糖 原是糖 的贮存 形式, 进食后 过多的 糖可在 肝和肌 肉等组 
织中 合成糖 原贮存 起来, 以防血 糖浓度 过高。 肝糖 原不仅 可从葡 萄糖、 果 糖及半 乳糖等 生成, 
还可从 甘油、 乳 酸和生 糖氨基 睃等非 糖物质 合成, 这种由 非糖物 质合成 肝糖原 的作用 称为糖 
异生 作用。 肝糖 原不仅 可分解 氧化供 应肝脏 本身活 动所需 能量, 还可 分解成 血糖, 供 其他组 
织氧化 利用。 肌糖 原虽可 由血糖 生成, 却 不能在 肌肉中 分解成 血糖。 当肌肉 活动剧 烈时, 肌 
糖原 除可氧 化供能 外还产 生大量 乳酸, 经血 循环到 肝脏, 经糖 异生转 变成肝 糖原, 后者 再分解 



— 135 — 



n 菊萄? (I 

e 113 ^^^!® 萄糖 -6-0 酸薛 (^》 

\ t i ♦ - I 

锭尿 ^ 1,4. l- 瑛餒 葡筠糖 J mm 




肝糖元 OVHzO 

尿 fL 较 

脱枝籙 葡苟铉 ^ I - 

血乳铰 




O© 葡^^ 单位 O-Of-a-1, »~«手0~:1,6 糖苷键 

图 6-13 糖原分 解过程 图 6-14 乳 鲛循环 (Cori 氏 循环) 

为 血糖, 供 全身组 织氧化 利用。 此外, 尚有 少量乳 酸由肾 排出。 上述肌 糖原— 血乳酸 —肝^ 
原— 血糖— 肌糖 原的循 环变化 过程, 称为乳 酸循环 (Cori 氏循环 )( 图 6-14)。 



第五节 糖异 生作用 



甘油、 乳酸 和某些 氨基酸 等非糖 物质转 变为糖 原或葡 萄糖的 过程称 糖原异 生作用 或糖异 
生 作用。 在生理 条件下 肝脏是 糖异生 的主要 器官, 饥饿和 酸中毒 时肾脏 也成为 其重要 器官。 

一、 糖异生 的途径 • 

糖异 生作用 基本上 是糖酵 解的逆 过程。 由于糖 酵解反 应大部 分是可 逆的, 只有己 糖激酶 
(肝 中主要 为葡萄 糖激酶 )、 磷 酸果糖 激酶和 丙酮酸 激酶三 种关键 酶所催 化的反 应为不 可逆反 
应, 必须经 过特异 的酶催 化才能 逆行, 实现糖 
异生 作用。 



1. 丙 酮酸羧 化支路 丙鹬 酸转变 为磷酸 溏异生 
烯 醇式丙 酮酸, 这 是糖酵 解中由 丙酮酸 激酶催 
化反 应的逆 过程。 它必须 经过由 两个反 应组成 
的 丙酮酸 羧化支 路绕道 完成。 先 是从生 物素为 
辅 酶的丙 酮酸羧 化酶催 化丙酮 酸生成 草酰乙 
酸, 生 物素在 反应中 是活性 (:0 2 的 传递体 。再 
由磷 酸烯醇 式丙酮 鲛羧激 酶催化 生成磷 酸烯醇 
式丙 酮酸, 同时 释放出 CO, 。(图 6-15) 

2. 底 物循环 由己 糖激酶 和磷酸 果糖激 
酶 催化的 两个不 可逆反 应的逆 过程, 分 别由葡 
萄糖- 6- 磷酸^ 果糖二 磷酸酶 催化。 这 种由催 
化 单向反 应的^ 催化两 个底物 互 变 的 循 环称 
"底 物循 环", 



CHj - 
II 

CO~P0 3 H 2 



GDP+COt 



? XT' 



STP 



COOH 
在^^ 醇式 丙酮酸 
ADP 
丙 S 酸淤欲 

ATP ADP+HsPOi 
C0» 
—A 



〈 



COOH 



丙 fl^^a 
图 6-15 丙酮^ 羧 化支路 



CH 2 COOH 
I 

COCOOH 
$ ^乙故 



― 136 — 



ATP ADP 

\ 己糖 激酶/ . 



ATP ADP 

\磷 ^果糖 激酶 7 



葡萄搪 :二 

/ 葡萄糖 _6-\ 
H,P0 4 磷酸酶 H^O 



=6- 磷酸 葡萄糖 



6- 磷 酸果糖 ^ 



•: 1,6- 二磷 酸果糖 



» /果糖 二磷酸 酶\ 
H,P0 4 H, 



当然, 丙酮 鲛羧化 支路的 两步反 应和丙 酮酸激 酶催化 的反应 也是一 种底物 循环。 
二、 糖异 生的生 理意义 

1. 在饥 饿情况 下保证 血糖浓 度的相 对恒定 这对保 证某些 主要依 赖葡萄 糖供能 的组织 

具有 a 大意 义。 体 内有些 组织消 耗糖量 很大, 例如人 脑每天 约消耗 120 克, 肾 髓质、 血细胞 

及视网 膜等约 40 克, 休息状 态的肌 肉每天 也消耗 30〜40 克, 仅 这几个 组织的 消耗量 每天即 
达 200 克 左右。 可 是人体 储存的 可供全 身利用 的糖仅 150 克左右 (肌糖 原只供 肌肉本 身氧化 
供能 ), 如果 仅靠肝 糖原的 分解维 持血糖 浓度, 则不到 12 小时 即全部 耗尽, 由此 可见糖 异生作 
用的重 要性。 

2. 糖 异生作 用与乳 酸的利 用有密 切关系 在某些 生理和 病理情 况下, 例 如剧烈 运动、 循 
环呼吸 机能障 碍时, 肌肉糖 酵解生 成大量 乳酸, 乳 酸经血 液运到 肝脏, 可再合 成肝糖 原和葡 
萄糖。 这对 于回收 乳酸分 子中的 能量, 更新肝 糖原, 防止乳 酸性酸 中毒的 发生等 都有一 定意 
义。 

3. 协 助氨基 酸代谢 某些 氨基酸 脱氨基 产生的 cc- 酮酸 (如丙 酮酸、 草酰 乙酸) 可通过 
糖 异生作 用转变 为糖。 因此 糖异生 作用, 也 有利于 氨基酸 的分解 代谢。 



血 液所含 的糖主 要是葡 萄糖, 简称 血糖。 正 常人空 腹血糖 浓度是 相当恒 定的, 为 4. 44〜 
6.67m mol/L (80〜120mg/dl) 。食 后血糖 稍高, 不久 即恢复 正常。 在短 期内没 有瑭吸 收入体 
内时, 血糖 也可维 持正常 水平。 为 什么在 生理变 动的情 况下, 血 糖含量 能经常 地维持 在一定 
范围? 这是由 于血糖 有许多 来源和 去路, 这些 来源和 去路在 神经、 激素及 某些器 官的调 节下, 
使血糖 处于动 态平衡 状态。 

一、 血糖 的来源 和去路 
(-) 血糖 的崁' :! 

1、 食物 中的糖 从 粽类食 物消化 吸收来 的葡萄 糖或其 他单糖 (如 果糖、 半乳 糖等) 在肝中 
转变 成的葡 萄糖, 为血糖 的主要 来源。 



笫六节 血 



2. 肝糖原 的分解 肝糖原 分解生 成的葡 
萄糖进 入血循 环成为 血糖。 



(3) 肝 中糖异 生作用 许 多非糖 物质, 如 
甘油、 乳酸、 某些 氨基铰 等可在 肝脏中 转变成 
葡 萄糖而 进入血 循环。 



图 6-16 血 糖来源 与去路 




1. 氧化分 解供能 血糖进 入全身 组织细 
胞 中氧化 分解成 co, 和 水, 释 放大量 能量。 



— 137 — 



2. 合 成糖原 血糖进 入肝脏 、肌 肉等组 织后, 可 以合成 肝糖原 和肌糖 原而被 贮存。 

3. 转变为 非糖物 质和其 他糖类 血糖 在各组 织中可 转变为 非糖物 质如脂 肪和某 些氨基 
酸, 也可 转变为 核糖、 脱氧 核糖、 氨 基多糖 等其他 单糖。 

血 糖的来 源和去 路保持 着动态 平衡, 这对 维持血 糖浓度 恒定很 重要, 特 别是对 大脑、 红 
细胞等 主要依 靠糖氧 化供能 的组织 有重要 意义。 因为, 它们不 能储存 糖原, 必 须不断 摄取血 
糖维持 其功能 活动。 若血 糖浓度 太低, 可引起 低血糖 昏迷; 如血 糖浓度 过高, 超过了 肾小管 
对糖重 吸收能 力时, 即 可出现 糖尿。 血糖的 来源与 去路总 结于图 6-16 。 

二、 血 糖浓度 的调节 

正常情 况下, 血糖的 来源与 去路保 持动态 平衡, 故 血糖浓 度相对 恒定, 以 维持全 身组织 
糖代谢 正常。 血 糖浓度 之所以 能维持 恒定, 是 因为有 神经、 激素 及肝、 肾等 器官的 调节。 调 
节 血糖浓 度的机 理简述 如下。 

1. 肝 脏调节 肝脏是 调节血 糖浓度 的主要 器官。 它的 作用是 通过糖 原的合 成与分 解及糖 
异生作 用来实 现的。 当血 糖浓度 高于正 常时, 肝糖原 合成作 用加强 (肝 细胞可 储存糖 原高达 
肝重的 5〜10%), 糖异 生作用 减弱, 使血糖 降低; 当血 糖浓度 低于正 常时, 肝 糖原分 解作用 
加强, 并 可使非 糖物质 经糖异 生作用 合成葡 萄糖, 以提高 血糖。 当然, 肝脏对 血糖浓 度的调 
节是在 神经、 ,素的 控制 下进 行的。 

2. 肾 脏调^ 肾脏 的排糖 机构犹 如一个 阈门, 肾 脏所能 保持的 最高血 糖浓度 称为肾 糖阈。 
血 糖浓度 8.88〜9.99m mol/L (160〜l 8 0mg/dl) 是肾 的排糖 阈值。 正 常人血 糖浓度 低于肾 
糖 阈值, 肾小管 能重吸 收肾小 球滤液 中所含 有的葡 萄糖, 回 收到血 液中, 所以 正常人 尿中不 
含葡 萄糖。 若血 糖浓度 高于肾 的排糖 阈值, 从肾 小球滤 出的糖 过多, 就 不能全 被肾小 管重吸 
收 入血, 故高 血糖患 者出现 尿粽。 肾 糖阈是 可以变 动的, &长期 糖尿病 患者肾 的排糖 阈值比 
健康人 稍高。 

3. 神经 系统在 整体水 平上可 直接或 间接地 调节血 糖浓度 神经系 统的直 接调节 作用: 
例如, 血糖浓 度低于 3 .8 9 〜 4 . 44 m mol/L ( 7 0〜 8 0mg/dl) 时, 情绪 激动、 过度 兴奋、 电流刺 

激通 往肝脏 的交感 神经或 刺激延 脑第四 脑室, 均可引 起延脑 "糖 中枢" 的 反射性 兴奋。 这种兴 
奋 由中枢 神经系 统传至 肝脏, 促使 一部分 糖原分 解成葡 萄糖, 释放 入血, 增高 血糖。 当血糖 
浓度 恢复到 正常水 平时, 则 神经系 统发出 的冲动 减弱, 糖 原分解 减慢。 中枢神 经还可 通过神 
经 递质影 响激素 的分泌 来间接 调节糖 代谢。 激 素对糖 代谢的 调节起 着重要 作用。 在中 枢神经 
系统 统一支 配下, 各种激 素相互 配合, 又相互 制约, 调节糖 代谢, 维持血 糖浓度 恒定。 

使血 糖降低 的激素 有胰岛 P 细胞 分泌的 胰岛素 (它 是唯一 降低血 糖浓度 的激素 ); 使血糖 
升 高的激 素主要 有胰岛 a- 细胞 分泌的 胰高血 糖素, 肾上腺 髓质分 泌的肾 上腺素 及皮质 分泌的 
糖皮质 激素, 脑垂体 前叶分 泌的生 长素, 以及甲 状腺分 泌的甲 状腺激 素等。 它 们对血 糖的调 
节主 要是通 过对糖 ^谢 各主要 途径的 影响而 实现的 (见表 6-5)。 



第七节 糖代 谢紊乱 

神经系 统功能 紊乱、 内分泌 失调、 肝肾 功能障 碍以及 酶的遗 传性缺 损等, 均 可引起 糖代谢 失常、 糖代谢 
失 常可表 现为血 糖浓度 改变, 但偶 尔出现 血糖浓 度改变 不能. 认为是 糖代谢 障碍, 只有 在血糖 浓度持 续改变 
或耐 糖曲线 异常时 才反映 榜代谢 失常, 

一、 低血糖 

低血 糖多见 于胰岛 P 细胞 增生或 发生癌 瘤等, 使胰岛 素分泌 增多, 治疗 时应用 胰岛素 过量, 脑 下垂体 
或肾 上腺皮 质功能 减退, 对抗胰 岛素的 激素分 泌减少 ,以及 长期不 能进食 或严重 肝脏疾 病等。 当血糖 浓度侬 

于 3.33〜3.89 m m O l/L(60〜70mg/dl) 时可 能出瑰 "低血 糖症" , 其表 现是饥 饿感、 四 肢无力 以及因 低血糖 
刺 激而引 起的交 感神经 兴奋和 肾上腺 素分泌 增加的 症状, 如^?色苍白、 心慌、 多 汗等. 

大脑 对低血 糖比较 敏感, 因为 脑组织 功能活 动所需 的能量 主要来 自糖的 氧化, 「但 脑组织 含糖原 极少, 
需不断 从血液 中摄 取葡萄 搪氧化 供能。 当血糖 浓度过 低时, 脑 组织因 缺乏能 源而发 生功能 障碍, 出现 头昏, 
心悸、 饥饿 感及? 令 汗等. 若 血糖继 续下降 至低于 2. 48 m mol/L(45mg/dl), 就会 严重影 响脑的 功能, 出现 
惊厥或 昏迷, 一般 称为' 低血糖 昏迷" 或" 低 血糖休 克". 临床治 疗时, 只需及 时给病 人静脉 注入浓 葡萄糖 溶液, 
就 会得到 缓解。 

二、 高血糖 及糖尿 

空腹时 血糖浓 度超过 7. 22 m mol/L(130mg/dl) 称为高 血糖。 血糖 超过肾 糖阈 8.88〜9. 99 m mol/L 
(160~180mg/dl) 时 则出现 尿糖. 凡使 血糖升 高的激 素分泌 过多, 都可 引起高 血糖和 糖尿. 

有 些情况 下可 出现暂 时性高 血糖和 糖尿. 例如, 正常 人一次 仓入大 量的糖 (相当 2 00g 以 上的葡 萄糖) 
时, 血糖 来源大 大超过 去路, 血糖就 会显著 升高, 并 超过肾 糖阚, 出现 糖尿, 称为" 饮 食性糖 尿"; 当惜 绪激 
动, 交 感神经 兴奋使 肾上腺 素分泌 增加, 后者加 速糖原 分解, 也 会出现 ^血 和 糖尿, 称为' 情 感性^ 尿", 
这 些都属 于生理 性的髙 血糖及 糖尿, 经 过一定 时间或 情绪平 静后即 可恢复 正常. 另 夕卜, 某些 肾病患 者由于 



袭 6-5 激 素对血 糖含量 的影咱 



降 低血^ 的&素 



升 高血糖 的激素 





1. 促 进葡萄 通过大 多数组 织的细 胞膜进 入细胞 




2. 诱导 葡萄掂 淤 嗨 (肝 )、 磷 酸果糖 ^癍. 丙 阑 酸 




激酶的 生成, 促进 糖的氧 化利用 


胰 


3 . 抑 制梃异 生作用 (抑制 糖 异生的 四种限 速酶) 




4. 増 强糖元 合成, 抑制糖 原分解 




5. 促进 糖转变 为脂肪 


岛 




素 





1. 促 进肝糖 原分解 成血糖 

2. 促进 糖异生 

1. 促 进肝糖 原分解 成血糖 

2. 促进 糖异生 

3. 促 进肌糖 原酵解 成乳酸 

1. 抑制肌 肉及脂 肪组织 摄取葡 萄挖, 加速肝 外组织 
蛋 白质、 脂肪 的分解 

2. 促进 糖异生 (诱 导肝 细胞合 成③异 生的关 3») 



抗^ 岛 素作用 



1. 促进 小肠吸 收单糖 ) 

〉 使血 糖升髙 (作 用大) 

2. 促进肝 分解及 糖异生 ^ 

3. 促进^ 的 铽化分 0.乂 丄血糖 降低 (作用 小). 总的趋 
势使血 糖升高 



糖 素 

g 高血 



上腺素 



糖皮 质激素 生长素 



甲 状腺^ 



一 139 — 



肾小 管重吸 收功能 减低, 肾糖阈 下降, 以致肾 小球滤 液中正 常浓度 的葡萄 糖不能 完全重 吸收, 也可 出现糖 
尿, 称为 • 肾性糖 尿". 这种肾 病患者 除严重 者外, 其空腹 血糖浓 度一般 正常, 糖 代谢无 根本性 紊乱. 少数 
妊娠 妇女肾 糖阈的 暂时性 降低, 也可出 现肾性 糖尿. 老年 人胰岛 P 细胞数 及胰岛 素受体 数量均 减少, 故胰岛 
素 分泌量 减少, 作用 减弱, 且肌肉 萎縮, 致 使糖氧 化作用 减少, 血 糖含量 升高. 同时, 肾功能 减退, 肾糖 
阈 降低, 因此 往往持 续出现 糖尿. 这些都 属于生 理性髙 血糖及 糖尿. 前者 经过一 定时间 即恢复 正常, 后者 
是生理 性老化 现象, 均不 属于糖 尿病. 因此, 临床上 遇到髙 血糖或 糖尿现 象时, 必 须详细 检查, 具体 分析, 
得出 正确的 诊断. 

三、 糖尿病 

持续 性高血 糖和糖 尿多见 于糖尿 病.' 糖尿病 在祖国 医学中 属于" 消渴 症". 中医对 消渴症 的病因 病理, 临 
床 表现、 治 则及并 发症等 都有了 详细的 记载和 分析. 在病因 方面, 认 为本病 的发生 与过食 肥甘、 情 志失调 
和烦 劳过度 有密切 关系. 如 《素问 ,奇 病论》 说: "其 人数食 甘美而 多肥, 肥 者令人 内热, 甘 者令人 中满, 故其 
气 上溢, 转为消 渴'. 《千 金方》 说: "凡 积久 饮酒, 未有不 成消渴 《河间 六书》 尚有" 耗乱 精神, 过违 其度" 之 
说. 《素问 ,阴阳 别论》 谓: '二 阳结谓 之消. 胃与 大肠俱 热结则 成三消 之症, 多 饮而渴 不止为 上消, 多食而 
饥 不止为 中消, 多溲而 膏浊不 止为下 消." 东汉张 仲景在 《金匮 要略》 中 认为胃 热肾虚 是导致 消渴的 主要机 
理. 对 消渴症 的临床 表现在 《金匮 要略》 中巳 明确地 指出本 病的特 点是" 三多" 症状, 有' 消谷" (多食 ), • 以饮 
一斗, 小便 一斗" (多 饮、 多尿 ). 中 医对治 疗糖尿 病的基 本疗法 一 控制饮 食早有 认识, 并 给予足 够的重 
视. 如金 《儒门 事亲》 说: • 不减 滋味, 不戒 嗜欲, 不节 喜怒, 病巳而 复作. 能从此 三者, 消渴亦 不足忧 矣". 
中 医把控 制饮食 的治疗 方法, 称" 谷 药", 并指出 有良好 的治疗 作用, 称作" 真良 药". 明代 《古今 医统》 有治 
疗 消渴症 必须" 薄滋味 "的 论述. 古代文 献中对 糖尿病 的并发 症也有 正确的 记载. 如 《诸 病源 侯论》 说: "其病 
变 多发痈 疽". 又如 金刘完 素说: "夫消 渴者, 多变 聋盲目 疾". 

现 代医学 认为糖 尿病是 由于血 糖来源 增多, 去路 减少, 来源 与去路 之间失 去动态 平衡, 出现高 血糖、 糖 
尿, 这 与糖代 谢的神 经体液 调节失 常密切 相关. 例如, 胰岛 P- 细 胞功能 减低, 胰岛素 分泌量 不足或 相对不 
足, 或其 靶细胞 膜上胰 岛素受 体数量 不足、 亲和 力降低 或由于 胰高血 糖素分 泌过量 等均可 引起糖 尿病. 胰岛 
P 细胞 功能减 低的原 因可能 是多源 性的, 如基 因遗传 缺陷、 病 毒感染 和自身 免疫反 应等. 糖尿病 患者糖 
的氧 化发生 障碍. 机体所 需能量 不足, 故患 者感到 饥饿而 多食; 多食 进一步 使血糖 升髙: 血 糖升髙 超过肾 
糖阈 时出现 尿糖; 糖的 大量排 出必然 带走大 量水分 故引起 多尿; 多 尿失水 过多, 血液浓 缩引起 口渴, 因而 
多饮; 由于糖 氧化供 能发生 障碍, 大量 动员体 内脂肪 及蛋白 质氧化 供能, 严重时 因消耗 过多, 身体 逐渐消 
瘦, 体重 减轻。 因此, 糖尿 病患者 除表现 出髙血 糖及糖 尿外, 尚有" 三 多一少 "的症 状. 所谓" 三多一 少* 即 
多食、 多饮, 多尿 和体重 减轻。 严 重糖尿 病人还 可出现 酮血症 及酸中 毒等. 

四、 耐糖现 象 

健康 人糖代 谢的调 节机构 健全, 即使 一次食 入大暈 的糖, 血 糖浓度 仅暂时 升髙, 一般 不超过 7. 22 m mol/ 
L (I30mg/dl), 不久 就恢复 到正常 水平, 即人体 氧化利 用掉所 给予葡 萄糖的 能力, 这 种现象 称为耐 糖现象 
或 葡萄糖 耐量. 

观察 耐搪现 象可用 糖耐量 试验, 是临 床检査 病人糖 代谢是 否正常 的常用 方法. 捡验方 法.. 早展抽 取空腹 
血 液后, 一 次口服 100g 葡 萄糖, 或 按毎公 斤体重 0. 333 g 的 葡萄糖 剂量静 脉注射 50% 葡萄糖 溶液. 在给糖 
后 0.5.1. 2 及 3 小 时分别 取血, 测 定血糖 浓度. 然后, 以时 间为橫 坐标, 血 糖浓度 为纵坐 标绘成 曲线, 
称为耐 糖曲线 (图 6-17). 根据耐 糖曲线 可诊断 与糖代 谢异常 有关的 疾病. 若 在抽血 的同时 留尿, 检查尿 
糖 以观察 肾糖阈 状况. 在进行 上述葡 萄糖耐 量试验 的同时 测定空 腹血清 胰岛素 浓度, 可估计 糖尿病 情况及 
区别 不同类 型的糖 尿病. 

由图 6-17 可见, 健康 人一次 食入大 量葡萄 搪后, 约在一 小时血 糖达到 髙峰, 但 不超过 8.88mmol/L 



― 140 — 



(I60mg/dl), 故无 糖尿. 以 后血糖 浓度逐 
渐 下降, 约 2 小 时恢复 到正常 水平. 糖尿 
病 患者, 空 腹血糖 浓度高 于正常 水平, 大 
量 食糖后 血糖水 平急剧 上升, 并超 过肾糖 
阈, 出现 尿糖, 且常 在四小 时后仍 不能恢 
复 原值. 原因 之一是 患者体 内胰岛 素不足 
或相对 不足, 致 使糖氧 化发生 障碍, 故糖 
耐 量低, 即耐糖 曲线水 平高, 表明 血糖浓 
度髙. 肾上 腺皮质 功能减 退者, 耐 糖曲线 
7JC 平低, 表 示原来 血糖浓 度低, 吸 收的糖 
很快帔 氧化利 用掉. 因此, 大量食 糖后血 
糖 升高不 明显, 且短 时间即 恢复到 原来的 




糖 尿病者 



搪 尿病者 (轻症 > 
健康人 

g 上腺皮 质机陡 械退# 

髙 胰岛素 血症者 



60 90 120 150 180 

flifKC 分) 

图 6-17 耐 糖曲线 



低血糖 水平, 这 是由于 患者糖 皮质激 素分泌 不足, 糖 氧化分 解快, 糖 异生作 用差, 故血糖 浓度升 高不明 
显. 



五、 糖原 累积症 



糖原 累积症 是以糖 原结构 改变或 糖原数 量增加 而在组 织内堆 积为特 征的一 类遗传 性病. 该 病是 由于与 

糖原 代谢直 接或间 接有关 的酶缺 乏所引 起的. 例 如缺乏 葡萄糖 -6- 磷 酸酶可 引起低 血糖, 因此 代偿性 地造成 
肝中 糖酵解 增加, 导致 血中乳 酸和丙 酮酸的 增加, 脂 肪代谢 加强. 根 据所缺 乏的酶 和临床 表现的 不同, 本 
病可 分为九 种主要 类型, 见表 6-6. 



表 6-6 




九种主 要类型 的糖原 累积症 


类 型 


受 累的主 
要组织 


缺乏的 酵 


糖原 的影响 


临 床特征 


I Von Gierke 病 


肝、 肾 


G-6-F 酹 


结构 正常, 量增加 


低 血糖, 肝 肿大, 酮症, 高尿酸 血症, 高 

脂 血症, 身 材矮小 


直 Pompe 病 


全 身组织 


a-l,4 葡萄 糖苷酵 
(溶 酶体) 


结构 正常, 量大增 


血糖 正常, 心 肺功能 衰竭, 通常 2 岁 前死亡 


I Cori 病 

(极 限糊精 变性) 


肝. 肌肉 


脱枝 癍 


短支分 支多, 量增加 


类似 I 型, 但轻微 


f[ Andersen 病 
(支 链淀粉 变性) 


肝、 脾 


分技酵 


长支分 支少, 量正常 


进 行性肝 硬化, 肝功能 衰竭, 通常 2 岁前死 
亡, 血糖 正常, 


V Mc Ardle 病 


肌肉 


磷 酸化酶 


结构 正常. 量中等 
度增加 


活 动时出 现疼痛 性肌肉 痉挛, 其他 方面均 
正常, 预 后好. 血糖 正常, -. 


M Her 病 


肝 


磷 酸化癍 


结抅 正常, 量增加 


类似 I 型, 但轻馊 


M Tarui 痫 


肌肉 


磚酸 果糖激 H 


结构 正常, 量增加 


类似 V 型 




肝 


璘 酸化醃 b 激 SI 


结构 正常, 量增加 


肝 稍大, 轻度 低血糖 


K 


肝 


糖 麽合成 癍 


结构 正常, 量降低 


分 二型: 其一肝 大血糖 正常: 另一 肝大, 
低 血糖, 生长 迟缓, 智 力正常 



笫八节 '某 些中 草药对 糖代谢 的影响 



一、 影响糖 酵解的 中草药 

影响糖 代谢的 中草药 颇多, 关于 调节糖 酵解的 中药也 已开展 研究. 近 年有人 报道, 灵芝 及其提 取物具 

有 增加健 康人和 大鼠红 细胞中 2, 3- 二磷酸 甘油酸 (2, 3-DPG) 含量的 作用, 并 证实灵 芝的这 种作用 与 其所含 



一 141 一 



、r 

3-PG - 
I 

1,3-DP; 



\ 
\ 

1,6- 二 B 酸果糖 



飞 



85 酸二 SSR 



的腺苷 有密切 关系. 灵 芝促进 红细胞 生成的 2, 3-DPG, 不仅 能变构 调节血 红蛋白 (Hb) 的运氧 功能, 且对红 
细胞内 糖酵解 具有重 要调节 作用。 成 熟的红 细胞约 90% 能 量来源 

于 糖酵解 途径. 由于 红细胞 以主动 转运方 式摄取 血糖, 进 入红细 

胞的血 糖约有 90〜95% 经 酵解途 径氧化 利用, 约 5〜10% 通过璘 

酸 戊糖途 径分解 代谢。 糖酵解 产生的 ATP 主要用 于维持 红细胞 
膜 - 钠泵" 的正常 功能, 以保持 红细胞 的离子 平衡. 如 ATP 缺乏 

则红细 胞膜内 外的离 子平衡 失调, Na+ 进 入红细 胞多于 K+ 的排 一 、 ― 

出, 致 使红细 胞膨大 破裂. ATP 还 用于维 持红细 胞的结 构与功 
能. 实验 证明, 糖酵 解的中 间产物 1,3- 二 磷酸甘 油酸有 15〜50% 
转变成 2, 3-DPG, 后 者再经 3- 碟酸甘 油酸进 一步酵 解生成 乳酸, 

这一 2,3-DPG 的 ^ 支循 环称为 2, 3-DPG 支路, 此 一支路 是红细 ^厶― \ 

胞中 糖酵解 的特点 (图 6-18). 因为 红细胞 中有两 种特殊 的酶, 即 

二磷酸 甘油酸 变位酶 (DPG 变 位酶) 及 2, 3-DPG 磷 酸酶. 前者以 

3- 碟酸 甘油酸 ( 3 -P-G) 为辅 酶催化 I, 3 - 二磷酸 甘油酸 (1, 3- 



DPG 变位 



3-PG 



甘油酸 as 2,3-DPa 

2,3-DPG 玖 i 



图 6-18 2, 3-DPG(2, 3- 二碟酸 

甘 油酸) 支路 

DPG) 转变为 2 , 3 - DPG, 后者催化 2 , 3 -0?0水解生成 3 -磷酸甘油酸.这两步反0就构成 2 , 3 -0?0支路, 反 
应 (1) 和 (2) 共放 出能量 58. 5KJ, 故此反 应不可 逆转. 其反应 如下: 



COO〜PO a H. 

H-C-OH 

CH,0— PO,H, 
• l, 3-DPG 



(0 



COOH 



(2) 



COOH 



DPG 变位酶 ― HCOP0 3 H, 2,3- DPG 磷酸酪 CH— OH 

― I ~~ 7 ~~ \ > I 

CH J OPO s H J H 2 H 3 P0 4 CH 2 OPO,H, 



TPG^ 



2, 3-DPG 



3-PG 



2, 3-DPG 支路的 意义: 使红细 胞中贮 能物质 ATP 及 2, 3-DPG 不致 堆积, ADP 及 H,P0 4 不致 过少, 从 
而 使酵解 能不断 进行; 2, 3-DPG 可降低 Hb 对 O, 的亲 和力, 促使 HbO,, 放 氧以适 应组织 对氧的 需要. 因此, 
中药 灵芝能 增加红 细胞中 2, 3-DPG 的 生成, 对于调 节红细 胞中糖 酵解和 改善红 细胞的 运氧功 能都有 重要意 
义, 这 也许是 灵芝及 某些其 他补血 益气药 的作用 机理. 

其他 影响糖 酵解的 中药: 例如, 鹿茸 精可使 头颈部 受伤家 兔的受 伤部位 糖酵解 (颈、 髓 部创伤 时糖酵 
解受到 抑制, 己糖 激酶及 醛缩酶 等活性 降低) 得到 改善, 试管内 实验亦 证明鹿 茸精能 促进糖 酵解. 蟾 酥不仅 
有胰 岛素样 作用促 进糖原 合成, 也抑 制糖酵 解生成 乳酸。 还原青 蒿素琥 珀酸钠 不仅明 显抑制 疟原虫 的糖酵 
解等糖 代谢, 并 对疟原 虫所感 染的动 物血中 乳酸脱 氢酶、 琥珀酸 脱氢酶 及细胞 色素氧 化酶活 性均有 明显抑 
制 作用. 可见, 它不仅 抑制糖 酵解, 也抑制 糖等彻 底氧化 供能. 



二、 影响 糖有氧 氧化的 中草药 

• 前述影 响无氧 酵解的 中草药 也会影 响有氧 氧化. 例如, 鹿茸 能提高 创伤组 织中己 糖激酶 及醛缩 酶等活 
性, 也改善 塘有氧 氧化; 蟾酥抑 制乳酸 生成, 致使 丙酮酸 堆积, 有 利于氧 化脱羧 生成乙 酰辅酶 A, 进入三 
羧 酸循环 氧化: 还 原青蒿 素琥珀 酸钠对 疟原虫 感染的 动物血 中琥珀 酸脱氢 酶及细 胞色素 氧化酶 等均 有明显 
的抑制 作用, 即对 糖的有 氧氧化 有抑制 作用; 柴胡皂 苷能显 著对抗 化学物 质所致 肝细胞 微粒体 葡萄糖 -6- 磷 

酸 酶活性 升高; 灵芝的 乙醇提 取物对 抗化学 物质所 致醛缩 酶活性 升高: 人参对 三羧酸 循环中 琥珀酸 脱氢酶 

等 有调节 作用. 近年 报道, 人 参皂苷 Rb, 给予 大鼠后 8 小时, 肝 组织中 6- 磷酸葡 萄糖含 量显著 增加, 磷酸果 
糖激 S 活性 也显著 增高, 至 给药后 12 小 时达到 最高酶 活性, 可见人 参可作 用于某 些酶, 促进糖 代谢; 鹤草茅 
能驱除 绦虫, 由于其 中鹤草 酚能抑 制虫体 细胞的 糖有氧 氧化, 并 显著抑 制三羧 酸循环 产生琥 珀酸, 故 其驱虫 
作 用可能 与显著 切断能 量供应 有关. 由此 可见, 有不 少中草 药对糖 的有氧 氧化, 特别 是三铰 循环 有调节 
作用, 尚须 进一步 研究, 



— 142 — 



三、 影 晌糖原 合成与 分解的 中草药 

许多 中草药 通过影 响糖原 合成或 分解等 途径调 节血糖 浓度. 
(―) 促进锭 涿合成 的中药 

. 有些 中药可 不同程 度地促 进糖原 合成, 彰 响血糖 浓度. 如柴胡 皂苷、 天 花粉、 猪苓 多糖、 桑叶, 竹节 
= 七, 珠 儿参. 黑芝麻 及桑叶 等都可 不同程 度地促 进糖原 合成. 但它们 促进糖 原合成 时对血 糖浓度 的影响 
不同. 例如, 黑 芝麻、 桑 叶及麦 门冬可 使血糖 降低, 而天 花粉则 使血糖 升髙。 柴胡皂 苷可使 禁食大 鼠血糖 
升髙, 腹腔给 葡萄. tt 后才使 肝糖原 增加。 可见, 各 种中药 增加糖 原合成 时对血 糖影响 不同, 可能由 于它们 
作用于 糖代谢 过程不 同环节 所致. 例如, 有人 报道, 麦门冬 能促进 糖尿病 动物的 胰岛细 胞恢复 正常. 桑叶 
含有 某些氨 基酸能 剌^^ 岛素 分泌。 所 以这两 种中药 均有抗 四氧嘧 啶性糖 尿病的 作用, 增 加糖原 合成, 加强 

葡萄糖 氧化, 降 低血. 度. 而桑 叶中脱 皮甾酮 虽可促 进糖原 合成, 并不 改变正 常动物 的血糖 水平. 以竹节 
三七为 主药的 煎剂给 正常或 去肾上 腺的饥 饿小鼠 多次服 用后, 都明 显促进 肝糖原 合成, 但如 只给小 鼠服相 
当量 的葡萄 糖并不 促进] ^ 糖原 合成, 可能由 于竹节 三七具 有肾上 腺皮质 激素样 作用, 可促 进糖原 异生, 猪苓 
多 糖使荷 癌小鼠 肝糖原 积累, 可 能因使 糖异生 增强. 
(二) 促进耪 屎分解 的中药 

某些中 药可促 影 响血糖 浓度. 例如秦 艽中秦 艽碱甲 、欧 苍术中 苍术苷 (Atrac-Tylaside), 
荔枝核 种子中 a- (亚 甲环 丙基) 甘氨较 Ca-(Methylenecyclo-Propyl) Glycine^ 苍耳子 中一种 代号为 
AA, 的苷、 蟾酥 中脂^ 蜍配质 (Resibufogenin) 及 丹参等 均可促 进糖原 分解. 在促 进糖原 分解的 同时, 有 
的中 药使血 糖浓度 升髙. 例如, 秦 艽碱甲 (150〜250mg/k g ) 注入 大鼠腹 腔半小 时后, 血糖 即显著 升髙, 同 
时肝糖 原显著 降低. 若 切除肾 上腺或 用双苄 氯乙胺 阻断肾 上腺, 即失 去上述 作用, 故 其促进 糖原分 解和升 
高 血糖的 作 用可能 是通过 促进肾 上腺素 的释放 所致: 也有 些中药 促进糖 原分解 时使血 糖浓度 降低. 例如, 苍 
术苷可 使鼠, 兔. 犬的肝 糖原和 肌糖原 降低, 同时 使血糖 降低、 氧耗量 降低、 血乳酸 升高, 可能与 加强糖 
薛解、 抑制 糖有 氧氧化 的作用 有关。 又如 丹参促 进糖原 分解, 同时 使血糖 降低。 据文献 报道, 丹参 显著加 
速血 流量, 保 护心肌 缺氧及 提高细 胞中环 腺苷酸 (cAMP) 含量, 后者激 活蛋白 激酶, 再通过 一系列 酶促反 
应, 激 活磷酸 化酶, 促进 糖原分 解为葡 萄糖, 葡萄 糖氧化 供能. 因此, 丹参具 有保护 缺氧性 心肌的 结构和 
功能. 

影 响糖原 合成与 分解的 中莩药 颇多, 即使是 单味中 药因所 含成分 复杂, 也类似 复方, 有 待分离 提纯, 作 
进一 步深入 研究. 

四、 中药 对血糖 的影响 

近年来 投道^ 响血糖 浓度的 中草药 颇多. 例如, 朝 鲜人参 中人参 多糖、 鬼 箭羽中 草酰乙 酸钠、 长春花 
中 长春刀 林碱. 苍 耳子中 羧基苍 术昔、 苦瓜果 实中苦 瓜苷、 山茱 萸中熊 果酸、 枸 杞子中 胍的衍 生物、 ?.' 甘 
荜中 阿迈灵 (Atnelliri)、 甘草 中甘草 甜素、 紫 杉中紫 杉碱、 三 七皂苷 C,、 白术、 苍术、 黄精、 玉竹、 拮 

黑 稂豆、 何首 乌等都 不同程 度地具 有降低 血糖的 作用, 使血糖 浓度高 者恢复 到正常 水平; 而龙 癸中澳 
州 茄碱、 半边 莲^、 五 味子、 剠 蒺藜、 党参、 石斜及 松萝则 皆不同 程度地 具有升 3 血轄的 作用, 使 血糖浓 
度低者 恢复到 正常水 人参、 黄芪、 五加皮 $ 可 以双向 地调节 血糖, 使血 糖浓度 73 者 降低, 低者 升髙, 调 
节血 糖恢复 到正常 水平. 

中 草药调 节血糖 浓度的 作用机 理比较 复杂, 尚 需进一 步深入 研究。 据目前 报道, 中草药 对血糖 浓度的 
调节 主要通 过其对 激素的 作用. 例如, 鬼箭 羽中草 酰乙酸 钠能刺 激咦岛 P 细胞 增^, 加强胰 岛素分 泌, 加速 
^的 氧化 利用, 故 使血糖 降低: 紫色 蕹菜、 柚、 番薯 藤及香 茅等均 含有胰 岛素样 物质, 使血糖 降低; 秦艽碱 
甲、 半边莲 ^及 龙葵能 刺激肾 上腺素 分泌, 后者促 进糖原 分解, 抑制外 周组织 利用葡 萄糖, 故 使血糖 升高, . 
刺 蒺藜刺 激锗皮 质潋素 释放, 使血糖 升髙. 



— 143 — 



五、 治疗糖 尿病的 中草药 

糖尿病 是一种 内分泌 紊乱的 疾病, 中西 医治则 各异. 中 医治则 是建立 在辨证 论治的 理论基 础上, 认为 
这是 一种消 耗性的 疾病, 属于 虚证, 治以 补气、 增液, 滋肾、 养阴、 清热 为主, 随证 加减, 而无降 血糖等 
概念. 因此, 有 些临床 常用的 有效中 药在动 物模型 上并无 降血糖 作用, 或降血 糖作用 很弱. 治 消渴中 药天花 

粉甚 至升高 血糖. 说明中 药作用 广泛, 不全 依赖于 降血糖 作用. 西药胰 岛素、 降 糖灵及 D,„ 等虽降 血糖效 
果 快速, 但对 进行性 血管损 害所致 的动脉 硬化, 失明、 残废和 死亡似 无防止 或延缓 之效, 而 这些恰 是糖尿 
病 致死的 主因. 根据 糖尿病 患者有 动脉硬 化及胰 腺瘀血 的病理 现象, 中医 将活血 化瘀治 则用于 治疗糖 尿病, 
已 有获得 疗效的 报道. 这说明 中西医 结合研 究中医 理论, 对于 继承与 发扬中 医药学 有重大 意义. 总 结中医 
治疗消 渴症的 处方, 大 部分常 用药的 出现率 (表 6-7), 可 供研究 参考. 药 理研究 苦瓜、 人参、 黄鳝鱼 中蛋白 
质或多 肽成份 对血糖 有调节 作用. 近年 研究初 步阐明 了某些 中药的 作用。 例如, 玉竹、 苍术、 地骨 皮等显 
著 降低四 氧嘧啶 实验动 物的高 血糖; 蜂 乳及桑 叶等显 著降肾 上腺素 或四氧 嘧啶实 验性高 血糖; 知母 等降低 
血糖 及尿中 酮体: 人参或 木糖醇 则刺激 产生胰 岛素. 在方剂 方面, 实验 证明, "人 参白 虎汤- 对患四 氧嘧啶 
糖 尿病的 小鼠有 降血粽 作用. 主药为 人参和 知母, 但若只 用人参 和知母 则有相 互拮抗 作用, 加入石 裔使两 
药 协调, 发挥 良好的 降血糖 作用, 石膏 所含的 Ca i+ 似 起重要 作用. "知 柏八 味丸" 临床用 于排尿 异常、 口渴等 
表 6-7 中 医治疗 消渴病 部分方 剤分析 



来 



常用药 物的出 现次数 



生地 花粉 麦冬 黄芪山 药五味 子知母 |' 枸杞人 参黄连 白芍玄 参玉竹 葛根苍 术甘草 



现代中 医处方 



92 



58 



47 



32 



31 



31 



27 



22 



21 18 



15 



15 14 



13 



18 



千金方 



52 11 



23 



16 



25 



10 



医 部全录 



91 37 35 



35 



19 



1 1 



13 



合 计 235 106 105 



83 



42 27 



25 



21 



47 15 



15 



19 



26 



18 



表 6-8 



中草药 抗糖尿 病已知 化合物 



成 



分 



來 



源 



备 



注 



蛋白质 或多肽 


苦瓜、 人参, 黄博鱼 


苦瓜 中含胰 岛素, 其他结 构未定 (宜 生用) 


K 衍生物 


宁 夏枸杞 (根) 


结 构未定 


紫杉碱 


紫杉 (叶) 




总 生物碱 


石榴 (根皮 ) 


毒性大 


黄 兩 


番石榴 (叶) 


结 构未定 


人 参皂甙 


人参 


作 用较弱 


仙« 草素 (粗 提物) 


仙 g 草 


地黄素 (粗 提物) 


地黄 




草酸 


虎杖 (根 及根 状茎) 


可 致低血 糖休克 


木锛醇 


麦杆、 玉 米芯、 蔗渣等 




齐圾果 醉酸及 熊果酸 


山茱萸 


山茱 萸是" 知柏八 味丸' 中 一味药 



― 144 — 



症 状的糖 尿病, 有一定 疗效. 实验 证明, 只用知 柏八味 丸粉剂 或其中 单味药 山茱萸 粉剂, 能使链 脲€素 

(Streptozotocin) 造型的 实验性 糖尿病 大鼠饮 水量、 血糖、 尿糖 和尿量 都明显 下降. 进一 步观察 得到: 山 

茱萸 中齐墩 果醇酸 使实验 性糖尿 病大鼠 的饮水 量和尿 量显著 下降; 熊果 酸使饮 水量. 尿量、 血糖和 尿糖显 
著 降低. 初步 统计, 治 疗糖尿 病的中 草药约 65 种, 其 中治疗 该病的 天然活 性成分 初步归 纳于表 6-8* 



1m. hi t» K 

— 145 — 



第七章 脂 类 代 谢 

脂类是 脂肪和 类脂以 及它们 许多衍 生物的 总称。 脂类 都不溶 或微溶 于水, 而溶于 非极性 
的有机 溶剂, 如 乙醚、 氯仿、 丙 酮等; 在化 学性质 上脂类 为脂肪 酸的酯 或具有 与脂肪 酸结合 
成 酯的可 能性; 脂类 均能够 被机体 利用。 

第一节 脂类 的化学 结构、 分布 和生理 功用. 
一、 重要脂 类的化 学结构 

脂类 的种类 很多, 现仅 介绍脂 肪和部 分类脂 的化学 结构, 

1. 脂防 的结构 脂肪又 称甘油 三酯, 因 为它是 由一分 子甘油 和三分 子脂肪 酸构成 的酯. 结构式 如下, 



II 

CH,— 0— C— R, 


II 

CH — 0— C— R 2 

I 

1 1 !^】 

CH 2 -0-C-?v 3 
甘 油三酯 

天然 存在的 脂肪, 分子中 三个脂 肪酰基 常各不 相同, 称 混合甘 油酯。 其中 1^和1^ 多为饱 和脂肪 酰基, 

而 R: 多 为不饱 和脂肪 酖基。 植物 油和动 物油都 是甘油 三酯, 但植 物油含 不饱和 脂肪酸 较多, 熔 点低, 室温 
时为 液体, 通常称 为油; 动物油 含饱和 脂肪鲛 较多, 熔点 较高, 室 温下为 固体, 称 为脂或 脂肪. 

(1) 甘油: 为 无色、 粘稠、 可溶 于水的 液体。 结构 如下: 

CH 2 0H 

CHOH 

CH 意 OH 

甘油 (丙 三醇) 

(2) 脂 肪酸: 脂肪酸 的种类 很多, 其 通式为 R—COOH。 天 然脂肪 中所含 的脂肪 酸多为 偶数碳 原子的 
一元 羧酸。 根 据碳原 子数目 可以分 为短链 (2〜4 碳)、 中链 (6〜10 碳) 和长链 (12〜26 碳) 脂 肪酸. 并根 据其是 
否含有 双键, 又分为 饱和与 不饱和 脂肪酸 两类. 4〜8 个碳 原子的 脂肪酸 主要存 在于奶 油中; 10〜14 个 碳原子 
的脂 肪酸在 椰子油 中含量 丰富; 常 见动、 植物油 中所含 的脂肪 酸多为 16〜18 碳的饱 和或不 饱和脂 肪酸. 人体 
脂肪 组成中 25% 为软 脂酸, 6% 为硬 脂酸, 50% 为 油酸. 常 见的天 然脂肪 酸见表 7-1. 

有 些脂肪 酸人体 内不能 合成, 需要依 赖食物 提供, 称为 必需脂 肪酸。 它 们在结 构上均 含有一 个以上 双键, 

属 于多不 饱和脂 肪酸, 包括 亚油酸 (十八 碳二烯 酸)、 亚麻酸 (十 八碳三 烯酸) 和花生 油烯酸 (廿碳 四烯酸 ). 
必需 » 舫酸 是磷 脂和胆 固醇酯 的重要 组成, 食物中 若缺乏 必需脂 肪酸, 会引 起生长 缓慢、 鱗状 皮炎、 生殖 
" 机能减 、脂类 运输障 碍和动 脉粥样 硬化, 植物油 中所含 的必需 脂肪酸 较动物 油多, 营养价 值也比 动物油 
富. 通 过动物 和人体 的实验 表明, 每日 进食占 总热量 1% 的 必需脂 肪酸就 可以满 足机体 需要, 此量很 容易从 
食物中 获得。 因此, 一 般膳食 条件不 会引起 必需脂 肪酸缺 乏症。 

2. 类脂 的结构 类脂是 一些物 理性质 与脂肪 相似的 物质, 主 要包括 磷脂、 糖脂、 固 醇和固 醇酯. 

(0 磷脂: 分子中 含有磷 酸的脂 类称为 磷脂, 主要 包括卵 磷脂. 脑 磷脂、 丝氨酸 磷脂和 神经磷 脂等, 卵磷 



— 146 — 



表 7-1 



常见 的天然 脂肪酸 





碳原子 2(c 


双 ffi 数 


名称及 分子式 


来 源 




4 


― 


丁酸 CH,— CH : —CH»— COOH 


奶油 




6 


― 


已酸 CH 3 — (CH,) 4 —COOH 


奶油 


饱 


8 


― 


辛酸 CH 3 — (CH 2 ) 6 — COOH 


奶油 


和 


10 




癸股 CH 3 — (CHt) 8 — COOH 


椰 子油、 奶油 


12 


― 


月桂酸 CH 3 — (CH 2 ) 10 —COOH 


鲸油、 椰子油 


脂 


14 




豆蔻酸 CH 3 —(CH 2 )i, — COOH 


豆 蔻油、 W 子油 


肪 


16 




软脂酸 (棕 裥酸) CH , — (C W 2 ) , ; — COO H 


各种动 植物油 


酸 


18 




硬脂酸 CH 3 — (CH 2 ) 16 — COOH 


各种动 植物油 







掬 焦油酸 CH 3 — (CH^ 22 -COOH 


花 生油、 苷脂 




24 




a- 羟 廿四酸 CH (CH 2 ) 2 CHOH— COOH 


羟脑 苷脂 




18 


1 


; 1! (A 9 十八碳 一烯酸 ) CH 3 — (CH,) 7 — CH = 6h— (CH 2 ) 7 — 


各种动 植物油 


不 

饱 

和 
脂 


18 


2 


亚油酸 (A 9 '' 2 十 八碳二 烯酸) CHs—CCHah—CH-SH—CH,— 
CH=CH— (CH 2 ) 7 — COOH 


亚麻仁 汕、 棉子油 


肪 
酸 


18 


3 


亚麻酸 (A 9 '' 2 '' 5 十 八碳三 烯酸) CH 3 — CH ,一 CH = tH— CH 2 — 


亚 庥仁油 




20 




CH=CH— CH,— CH=CH— (CH») 7 — COOH 






4 


花生 四烯酸 (A 5 "-' 廿碳四 烯酸) CH,— (CHih-CH-'dH— 

CH,— CH=CH— CH,— CH=CH— CH 2 — CH = CH— (CH,),— 
COOH 


卵 瞵脂. 脑磷脂 



注: △ 编 码体系 为从脂 肪酸的 羧基碳 开始计 数碳原 子的排 列顺序 

脂、 脑磷脂 、丝氨 酸磷脂 均含有 甘油, 为甘油 磷脂: 神经 磷脂不 含甘油 而含有 神经氨 基醇. 上 述磷脂 的化学 
结构分 别叙述 如下: 

卵磷 脂和脑 磷脂的 结构: 卵磷 脂和脑 磷脂由 甘油、 脂 肪酸、 磷酸 和胆碱 或胆胺 组成, 因 此卵磷 脂又称 
作 磷脂酰 胆碱, 脑 磷脂又 称作磷 脂酰乙 醇胺. 

HOCH.CH.NH, 胆胺 
HOCH 2 CH,N (CH,),OH 胆喊 
a 

H,C—0— CO— R, 
P 

HC— 0— CO— R, 

i O 
I a II 

H 2 C— O — P— O 一 CH,—CH,N(CH 3 ), 
H I 
OH OH 



等. 



a- 卵磷脂 

!^和!^ 代表脂 肪酸的 烃基, 其中 1^为 饱和脂 肪酸, R, 为不 饱和脂 肪駿, 如 油酸、 亚 油酸、 花生 四烯酸 

脑 磷脂与 卵磷脂 的结构 相似. 所不同 的是以 胆胺代 替了卵 磷脂分 子中的 胆碱, 



H t C— O — CO—Rt 



H — C 一 O— CO - 、?: 
H 2 C— 3 ― P — 0— CH,CH「 NH, 

L ' - 

丝氨^ 磷脂的 结构: 丝氨^ 磷^ 与^ 磷 脂的不 同之处 在于以 丝氨酸 代替了 胆胺。 脑组 织中丝 氨酸^ 
的 含量比 脑磷脂 还多. 

H,C 一 0— CO— R' 



HC— 0— CO— R" 

I 'i 

H 2 C— — P — — C H 2 — C H— C H 

OH NH 2 



丝氨 酸磷脂 

神经 磷脂的 结构: 神经 磷脂主 要存在 于脑和 神经组 织中, 肝、 脾等组 织中仅 含有少 a. 它由神 经氨基 
醇. 脂 肪酸、 磷酸 和胆碱 构成。 结构 如下: 

R 



CO 







CH 2 CH 2 N(CH,),OH 



CH 8 (CH : ) 18 CH=CH— CH-CH— CH : — —— P— 〇 
OH I OH " 

神经 氨基醇 胆碱 
神 经磷脂 

(2) 固醇 及其衍 生物: 固醇是 自然界 中分布 极广的 一类大 分子一 元醇. 因 其结构 中含有 四个环 组成的 
环戊烷 多氢菲 母核, 并 在其第 1G 位、 13 位和 17 位碳原 子上连 有三个 侧链, 而称为 @「 '?。 其中第 10 位和 13 位 
上各有 一个 甲基. 第 n 位碳原 子上另 有一个 侧链, 根 据此侧 链的结 构以及 环上所 含双键 的数 目和位 置的不 
同, 可 将固醇 分为若 干种。 固醇分 子中第 3 位 碳原子 上的羟 基若与 脂肪酸 结合, 则为固 醇酯。 人和 动物体 
内 最重耍 的固醇 和固 醇酯为 胆固醇 和胆固 醇酯. 

胆固 諄和胆 固醇酯 的化学 结构: 人体内 的胆固 醇大部 分以胆 固醇酯 的形式 存在. 血 液中的 胆固^ 约 65% 
是胆固 醇^, 肝脏 中游离 胆固醇 (或 称非酯 化的胆 固醇) 与 胆固醇 酯各占 但中枢 神经系 统和胆 汁中几 
乎 全部是 游离胆 同醇. 




! 、i— i,, 



Z\R—C— 



靼固 



一 148 一 



胆固 醇重要 衍生物 的结构 胆汁酸 和类固 醇激素 是胆固 醇在体 内的主 要代谢 产物, 它们的 结构见 表 



r-2. 



表 7-2 



胆固醇 及其衍 生物在 结构上 的区别 



固酵 



合 成部位 



碳 原子数 



结 构 



胆 0S? 



肝. 肠等 




胆汁 S 



肝实. 贡细胞 



24 




孕 S 



卵巢, 黄体 




皮质醉 



肾上 腺皮质 
束状带 



21 



2iCH 2 OH 



CO 



H0、 



OH 



特点 



1. 27^mm 

2. 5,6«« 

3. 30 羟, 100, 130 甲 

链 



1. 24 碳 类固薛 

2. 17f- 五 碳羧酸 

3. 10芦,12)3- 甲基 

4. 3c, 7a, I2a-fi& 



1. 21 碳 类固醇 

2. 3 瘌基, 4,5双« 

3. 10i9,13j9- 甲基 

4. n^CO— CH, & 



1. 21 碳类! 51 醇 

2. 3 詗基, 4, 5 双键 

3. 10, 130- 甲基 

4. 11/?, 21. 17a- 
羟基 



肾上 腺皮质 21 

球状带 




1. 21 雜瞎 

2. 3 Em, 4, 5 双键 



3. lO/9-lf 基, 13^ 

4. 11/?. ? 1 羟基 



皋丸銅 



睾丸 间质细 
跑 



19 



OH 




1. is? 碳类 固» 

2. 3ffi 基, 4, 5 双鍵 

3. 10p,l 3 ,5- 甲基 

4. 基 



— 149 — 



EB? 合 成部位 碳 原子数 



结抅 



特 a 



転二© 



I? M t &盘 

卵 泡细^ 



13 



0H 



18 



1. 186 类固 8? 

2. A 环 为苯环 

3. 3^17/3 羟基 



no 



二、 脂 类在体 内的分 布及生 理功用 

1. 脂类 的分布 脂 肪主要 分布于 皮下、 肠 系膜、 腹腔大 网膜、 肾周围 等脂肪 组织中 ,含 

量因人 而异, 一 般约占 体重的 10%〜20% 贮存 脂肪的 含量很 容易受 膳食、 运动、 神经和 激素等 
多 种因素 的影响 而发生 变动, 故又 称为可 变脂; 类 脂是组 织细胞 的构成 材料, 约占 总脂的 

5%, 在各种 器官和 组织中 类脂的 含量比 较恒定 ,而 a 基本 上不受 膳食营 养伏况 和机体 活动的 
影响, 因 此类脂 又被称 为固定 脂或基 本脂。 

2. 脂 类的生 理功用 脂肪的 主要生 理功能 是氧化 释放能 S, 供 给机体 利用。 1 克 脂肪在 
体内彻 底氧化 约产生 37. 7KJ (9 千卡) 能量, 比氧化 1 克糖 或蛋白 质所产 生的能 fi (17KJ, 

4 千卡) 多一倍 以上。 脂肪是 疏水性 物质, 贮 存时很 少与水 结合, 每贮 存一克 脂肪仅 占体积 1.2 
毫升, 而谘 的贮存 形式为 糖原, 糖原以 亲水胶 体形式 存在, 含 水多, 贮 存同等 量的 糖原所 
占 体积为 脂肪的 四倍。 因此, 脂肪 是一种 氧化供 能多, 所 占体积 小的理 想供能 和贮能 形式。 

脂肪 因不易 导热, 分布 在皮下 的脂肪 可以防 止热量 散发, 从 而保持 体温, 故脂肪 含量多 
的胖 人一般 耐寒而 怕热。 内脏 周围的 脂肪有 减少器 官间的 摩擦, 固定脏 器和缓 冲机械 性撞击 
对内 脏器宫 的损伤 作用。 瘦而^ 的人 (无 力型) 易发 生内脏 下垂, 与其赃 器间 脂肪含 量过少 
有一定 关系。 

食物 中的脂 肪还是 脂溶性 维生素 的溶剂 , 脂溶性 维生素 A、 D、 E、 K 和 胡萝卜 素等必 
须溶 解在脂 肪中, 伴随脂 肪一同 吸收、 运输和 贮存。 胆道 梗阻病 人不仅 脂类消 化吸收 障碍, 
而且 常俘打 脂溶性 维生素 的吸收 障碍, 从而 引起相 应的维 生素缺 乏症。 

脂肪除 供应能 量外, 还 提供了 必需脂 肪酸, 它 们在机 体代谢 中起着 重要的 作用。 如花生 
四 烯酸是 人体合 成前列 腺素、 血栓 素和白 三烯的 原料。 上 述三种 物质广 泛存在 于各种 组织和 
体 液中, 參与 多种重 要的生 理和病 理过程 (详见 第五节 )。 

类脂 (主 要是磷 脂和胆 固醇) 为细 胞獏、 线粒 体膜、 核膜、 神经髓 鞘膜等 所有生 物膜的 
重要 组成, 约 占生物 膜总重 量的一 半甚至 以上。 磷 脂中的 不饱和 脂肪酸 有利于 膜的流 动性, 
而 饱和脂 肪酸和 胆固醇 又有利 于膜的 坚性。 生物膜 各种复 杂的生 理功能 均与其 所含的 脂类成 
分 有密切 关系。 胆固 醇还是 机体合 成胆汁 酸和各 种类固 醇激素 (如 睾酮、 雌 二醇、 孕酮、 肾 
上腺 皮质激 素等) 的 原料。 



一 "0 一 



第二节 脂类 的消化 和吸收 



一、 脂类 的消化 



脂 肪消化 的主要 部位在 小肠。 唾液 中无消 化脂类 的酶, 胃 液中虽 然含有 少量脂 肪酶, 但 

成人 胃液的 pH 值在 1.5〜2.5, 而胃 脂肪酶 的最适 pH 在 6.3〜7.0, 因此, 胃内脂 肪的消 

化作用 很弱。 胰腺 分泌的 胰脂肪 酶对催 化食物 脂肪的 水解起 着主要 作用。 胰脂 肪酶特 异地水 
解甘油 三酯第 1、 3 位的 酯键, 对于第 2 位酯 键的水 解能力 很弱, 因此脂 肪消化 的主要 产物是 
脂肪 酸和甘 油一酯 (占 70%)。 其余约 20% 的脂肪 可在胰 腺分泌 的另一 酯酶作 用下完 全水解 
为脂 肪酸和 甘油。 后一 酯酶的 特异性 较差, 除脂肪 外也能 水解胆 固醇酯 及其它 脂类。 

食物中 的卵磷 脂可被 磷脂酶 A、 B、 C 和 D 水解。 胰腺 分泌的 磷脂酶 A 元, 经胰 蛋白酶 
激活后 转变为 瞵脂酶 A。 在胆汁 酸盐和 Ca 2+ 存 在的条 件下, 该酶催 化卵磷 脂分子 中第 2 位 
(P 位) 上 的酯键 水解, 生成脂 肪酸和 溶血卵 磷脂。 溶血卵 磷脂也 是一种 表面活 性剂, 能与 
胆汁酸 盐一起 共同促 进食物 脂类的 消化和 吸收。 溶血 卵磷脂 还可进 一步在 磷脂酶 B、 C 和 D 
的作用 下完全 水解成 甘油、 脂 肪酸、 磷酸和 胆碱, 但因为 胰液中 主要存 在的是 磷脂酶 A, 所 
以溶血 卵磷脂 是卵磷 脂的主 要消化 产物。 某些 毒蛇的 毒液和 部分微 生物中 也含有 磷脂酶 A, 
会 引起组 织细胞 中磷脂 水解, 产 生的溶 血卵磷 脂可使 红细胞 及其它 细胞膜 破坏, 导致 急性溶 
血或组 织细胞 坏死。 

食 物中所 含的胆 固醇, 一部 分以游 离状态 存在, 另 一部分 与脂肪 酸结合 成胆固 醇酯。 后 
者经胰 腺分泌 的胆固 醇酯酶 水解, 生成游 离胆固 醇和脂 肪酸。 
脂 类的消 化过程 如下: 



脂肪的 消化: 

H.COCOR, 

RjOCOCH 



H^OCOR, 



胰 脂肪酶 



H,0 



H.COH 



CHOCOR, 



胰 脂昉酶 



脂肪酸 



H 2 COCOR 2 
甘 油二酯 



H t O 脂肪酸 



H,COH 



據脂的 消化: 



CHOCOR, 



H,COH 

甘 油一酯 



A 
i 



CH,- 



H,0 



B 
I 

■0— COR, 



脂賺 



HXOH 



HOH 



H 2 COH 
甘 油 



R,OC— O— C H 
I 

CH,- 



O 
H 

■O — P — 
COH 



O— CH a 

r 

D 



-CH 2 — N— (CH,), 
OH 



— 151 — 



H,COCOR, 

R *° C0( f H 碟脂酶 A 

I II 

H 2 CO— P—0—CH 2 — CN 2 — N(CH,), 



OH 

H 2 COCOR, 
HOCH 

O 

I 

H,CO— P— 0- 
OH 

溶血 卵磷脂 



OH 

卵磷脂 



-CH,CH 2 N(CH,),+R,COOH 
OH 



二、 脂类 的吸收 

脂类 的吸收 主要在 十二指 肠下部 和空肠 上部。 短链和 部分中 链脂肪 酸以及 甘油吸 收后通 
过 门静脉 入肝。 脂 肪消化 的主要 产物: 甘油 一酯和 十二碳 以上的 长链脂 肪酸、 溶血卵 磷脂和 
大部分 胆固醇 (约占 吸收胆 固醇的 扩散 进入肠 粘膜细 胞后, 需 经脂肪 酸重新 酯化, 分别 
转变 为甘油 三酯、 磷脂 和胆固 醇酯。 汇同吸 收的少 部分游 离胆固 醇以及 肠粘膜 细胞产 生的载 
脂蛋白 B 48 , 组装 成乳糜 微粒。 后者由 细胞间 隙汇集 于淋巴 液中, 通过胸 导管、 锁骨 下静脉 
进入血 循环。 • 

三、 脂类消 化吸收 的特点 

脂 类难溶 于水, 因此 脂类的 消化和 吸收具 有不同 于糖和 蛋白质 的以下 特点: 

1. 胆 汁酸盐 的作用 脂类的 消化不 仅需要 各种水 解酶, 而且需 要肝细 胞分泌 的胆汁 酸盐, 它在 脂类的 
消 化和吸 收过 程中起 着重要 作用. ① 胆汁 酸盐是 食物脂 类的乳 化剂: 食物中 的脂类 成分在 胆汁酸 盐作用 "f 
分 散成细 小的乳 胶体, 从而 增大了 脂肪、 胆固 醇酯、 磷脂 等与其 氷解酶 的接触 面积, 促进了 消化作 用的^ 
行; ② 胆汁 酸盐是 脂类的 各种消 化产物 扩散进 入肠粘 膜细胞 的运载 工具: 食物脂 类的主 要水解 产物, 甘油 
—酯. 长链脂 肪酸, 溶血卵 ^脂、 胆 固醇等 可同胆 汁酸盐 形成微 细的, 并 带有极 性的混 合微团 (Mixed 
Micelle). 后者易 于穿过 盖在小 肠绒毛 表面的 水层, 而 使脂类 的上述 消化产 物扩散 进入肠 粘膜, 

?. 小 肠粘膜 细胞中 脂类的 再合成 肠粘膜 细胞中 长链脂 肪酸、 甘油 一酯、 溶血卵 磷脂和 游离胆 固醇的 
再次 S 化, 促使肠 粘膜细 胞与^ 腔中 脂类水 解产物 之间形 成一定 的浓度 梯度, 从而 有利于 脂类的 被动扩 
敫. 

3. ? I 璨微粒 的生成 和转运 脂类主 要的消 化产物 并不能 直接吸 收进入 血液, 而需 要在肠 粘膜细 胞中形 
成—. 种 称为乳 糜微粒 (Chylomicron, CM) 的 脂蛋白 颗拉, 再 经淋巴 进入血 循环, 乳糜微 粒的组 成中除 
少!; 磷脂 ( 4 〜 9 %)、 胆固醇 (1〜59&) 和 蛋白质 (0. 6 〜 2 *) 以外, 绝 大部分 ( 85 〜 95 %) 为甘油 三酸, 
是食 物脂肪 的运输 形式. 



— 152— - 



第三节 血 脂 

血浆 中的脂 类称为 血脂。 血脂 是脂类 运输的 形式。 

一、 血脂 的成分 和含量 

血 脂主要 包括: 甘 油三酯 (Triglyceride, TG), 磷脂 (Phospholipid©, PL), 胆固諄 
(Cholesterol, Ch) 和胆 固醇酯 (Cholesterolester, CE) 以 及游离 脂肪酸 (Free fatty 
acid, FFA) 

血脂的 来源概 括为两 方面。 其 一为外 源性, 指经 消化吸 收后进 入血液 的食物 脂类; 其二 
为内 源性, 系指经 肝赃等 组织合 成或者 脂肪动 员后释 放入血 的脂类 成分。 上述 两种来 源的脂 
类经 过血液 循环, 分别输 送到不 同组织 细胞中 利用或 贮存。 

我国正 常成年 人空腹 12〜14 小时的 血脂浓 度见表 7-3。 



表 7-3 我 国正常 成人空 腹血脂 的组成 和含量 







正 常 


参 


考 


值 




m 类 


□ 


1 mol/L 








g/L 


总 脂 












4~7(5) 


总磷脂 












1.5〜2.5(2) 


甘 油二飽 


0. 11 一 


^1.24(1. 1) 










总 胆固酵 


2.8' 


^6.0(5.2) 










胆 面醉酯 


1.8- 


-5.2(3.7) 










游离 胆固醉 
游离 脂肪酸 


1.0- 


^1.8(1.4) 








d 
o 



括号内 为均值 



血脂 含量受 年龄、 性别、 膳食 组成、 相对 体重、 运动 伏况以 及激素 水平、 药物和 疾病等 
多 种生理 和病理 因素的 影响, 波 动范围 较大。 例如: 青 年人血 浆胆固 醇水平 低于老 年入; 育 
龄期妇 女低于 同年龄 ^的 男性; 给予 高胆固 醇高脂 肪膳食 会引起 人和实 验动物 (如 兔、 鹌鹑、 
大 鼠等) 血浆甘 油三酯 和胆 固醇含 量明显 升高; 饥饿和 榜尿病 患者, 由 于贮存 脂肪的 大量动 
员, 血 脂也会 显著升 萵。 长时间 血浆胆 固醇和 甘油三 酯含量 的增高 又与动 脉粥样 ^化 的发生 
密切 相关。 因此。 血脂 含量是 临床常 用的生 化捡测 项目。 

二、 血浆 脂蛋白 (Lipoprotein) 

脂类 不溶 亍水, 无 论夕卜 源性 或内源 性脂类 都必须 与蛋 白质结 合成溶 解度大 的脂蛋 白复合 
体, 方可通 过血液 转运。 脂 蛋白顼 粒近乎 球^, 表面 部分 是极性 分子, 如磷脂 和蛋白 质等的 
亲水 基团, 核心 部分由 疏水的 甘油三 酯及胆 固醇酷 组成。 不同的 脂蛋白 颗粒, 其 结构、 化学 
组^、 代 谢和功 能均不 相同, 



— 153 一 



特 



性 

形态 

微 粒直径 Ox m) 
密度 (g/ml) 
Sf 值 * 

电泳 迁移率 



CM 
微 粒 

80〜500 
<0.96 
>400 

原 点 



血 



VLDL 



浆 



小 
25' 
0.96' 



泡 
'80 

'1.006 



20〜400 
前 P 



脂 蛋 

LDL 

微 小 泡 

20〜25 
1.006〜1.063 
0〜20 
3 



HDL 
平 H 面 

6.5~9.5 
1.063^1.210 
沉 * 



蛋白质 
脂类 

甘 油三酶 
谤 謄 
总 胆固醉 
自由 
酷 

脂类 / 蛋白质 



2 
98 
80~95 
6 
4 
1 
3 

40〜50 



90 
50〜70 
15 
15 
5 
10 



20 
80 
10 
20 
45〜50 
8 

40〜42 



50 
SO 
5 

25 
20 
5 
15 
1〜1.5 



功 



能 



从 小肠转 运甘油 从 肝转运 甘油: 
三 酷至肝 及肝外 | 酯至 各组织 
组织 



从肝 脏转运 胆固醇 至各组 
织 



逆 向转运 胆固醇 



* Sf 值 (漂浮 率): 血浆脂 蛋白在 密度为 1.0S3 的 NaCI 溶 液中, 26'C 时, iSf-lO-Ucm/s/dyn/g^ 



1. 血浆 脂蛋白 的分类 各种脂 蛋白因 所含脂 类和蛋 白质的 种类以 及数量 不同, 其 颗粒大 

小、 表面所 带电荷 多少、 电泳 行为以 及密度 (D) 等均有 不同。 常用的 电泳法 和超速 离心法 
将血 浆脂蛋 白分为 四类。 

(0 电泳分 离法: 各类脂 蛋白颗 粒大小 不同, 生理条 件下表 面电荷 多少亦 不同, 因此在 
电场 下电泳 迁移率 (泳动 速度) 就 不同。 按泳动 速度的 快慢, 可将血 浆脂蛋 白分为 a- 脂蛋 
白、 前 P -脂 蛋白、 P -脂蛋 白和乳 糜微粒 四类。 a- 脂 蛋白泳 动速度 最快, 相当 于血浆 蛋白电 
泳时 A 球 蛋白的 位置, 正常含 量约占 脂蛋白 总量的 30〜47% ; P -脂蛋 白相当 于血浆 P -球蛋 
白的 位置, 含量 最多, 正常占 血浆脂 蛋白的 % 左右 (48〜68%); 前 P- 脂蛋 白位于 a- 脂蛋白 
和 P- 脂蛋白 之间, 相当 于血浆 a 2 - 球蛋白 的电泳 位置, 含 量占脂 蛋白的 4〜16%。 前 P- 脂蛋 
白含量 少时在 一般电 泳谱上 甚至看 不到; 乳糜微 粒停留 在原. 点, 正常人 空腹血 浆中不 应检出 
乳糜 微粒, 仅在 进食后 出现。 



£ 白 cUik 



漬蛋白 



脂蛋 白电& 



原点 (cm) em a 

图 7-1 血浆 脂蛋白 电泳与 蛋白电 泳图谱 

由于各 种脂蛋 白所含 脂类及 蛋白质 的数量 不同, 因 而密度 也各不 相同。 
血浆 脂蛋白 的物理 性质、 化学 组成、 功能 及含量 




(2) 超速离 心法: 
表 7-4 



物 理性质 



化 学组成 (%) 




― 154 — 



若 脂蛋白 组成中 脂类含 量高, 蛋 白质含 量少, 则密 度低; 反之, 密度 就髙。 血浆 在一; I: 密度 
的 盐溶液 中进行 超速离 心时, 各种 脂蛋白 因密度 不同而 漂浮或 沉降。 密 度分类 法一般 也将血 

浆脂蛋 白分为 四类: 乳 糜微粒 (CM, d<0.96g/ml), 极 低密度 脂蛋白 (Very low density 
lipoprotein, VLDL, d = 0. 96〜1. 006)、 低密度 脂蛋白 (Low density lipoprotein, LDL, 
d-1.006〜1.063) 和 高密度 脂蛋白 (High density lipoprotein, HDL, d= 1. 063〜1 • 210), 
见表 7-4 。 

除 上述四 类脂蛋 白外, 还有密 度介于 VLDL 和 LDL 之 间的中 间密度 脂蛋白 (IDL, 
d-1.006〜1.019), 它是 VLDL 在血浆 中的降 解产物 。高密 度脂蛋 白也并 不是均 一的颗 粒, 
根据其 密度、 颗粒 直径、 化学组 成等的 不同又 可分为 一些亚 组分。 主要有 HDL 2 (d=l. 63 〜 
1.125) 和 HDL 3 (d=l. 125〜1.21 0) 两个亚 组分。 

2. 血浆 脂蛋白 的组成 

(1) 主 要脂类 成分: 各类血 浆脂蛋 白都主 要由蛋 白质、 甘油 三酯、 磷脂、 胆固醇 及其酯 
组成, 但含 量和组 成比例 却相差 很远。 CM 含甘 油三酯 最多, 达 脂蛋白 颗粒的 80〜95<^, 蛋 
白 质仅占 1% 左右, 故密度 最小, 血浆静 置即会 漂浮; VLDL 含甘 油三酯 亦多, 达脂 蛋白的 

50-70%, 但其 甘油三 酯与乳 糜微粒 的来源 不同, 主要为 肝脏合 成的内 源性甘 油三醋 ; LDL 
组成中 45〜50% 是 胆固醇 及胆固 醇酯, 因此 是一类 运送胆 固醇的 脂蛋白 颗粒; HDL 中蛋白 
质含量 最多, 因此密 度最高 。磷 脂占其 组成的 25%, 胆 固醇占 20%, 甘油三 酯含量 很少, 仅 

占 5%。 

(2) 载 脂蛋白 (Apolipoprotein, Apo) : 血 浆脂蛋 白中的 蛋白质 部分称 为载脂 蛋白, 迄 
今巳 发现有 18 种 之多, 主 要包括 Apo A、 B、 C、 D、 E 五类。 由于 氨基酸 组成的 差异, 每 
类载脂 蛋白又 分为若 干亚类 。如 Apo A 又分为 A-I、A-n、A-IV ; Apo B 又分 B 48 和 B 100; 
ApoC 又分为 C-I、 C-n、 C-ffl 等。 各种 脂蛋白 颗粒所 含的载 脂蛋白 不同。 HDL 主要含 
有 ApoA-I 和 A-n, LDL 几 乎只含 Apo B lco , VLDL 除含 Apo B 10o 夕卜, 还含有 Apo 
C-I、 C-n、 C- m 和 E, CM 则 主要含 Apo B 48 。 各类 脂蛋白 的载脂 蛋白含 量见表 7-5 



表 7 - 5 血浆脂 蛋白中 主要载 脂蛋白 的含量 (^) 







血 浆 


腊 蛋 


白 


钹 脂蛋白 


CM 


VLDL 


LDL 


HDL 


A-I 








67 .. -- 


A-I 


4 






22 


B 48 


23 








Bioo 




37 


98 




c-i 


15 


3 




2 


C-I 


15 


7 




2 


c- 夏 


36 


40 




4 


D 








痕 a 


B 




13 




痕 量 



载脂蛋 白不仅 是脂类 的载体 ,结合 和转运 脂质, 而且 还有某 些特殊 功能。 Ape A- I 能激 
I 活卵磷 脂胆固 醇酰基 移换酶 (LCAT), 从 而促进 HDL 成熟和 胆固醇 的逆向 转运。 Apo C- 
II 是 脂蛋白 脂肪酶 (Lipoprotein lipase, LPL) 的激 活剂, 能 够促进 CM 及 VLDL 的降 



解。 Apo C-ffl 能够抑 制 LPL 的 活性。 Apo B 103 和 Apo E 參与对 LDL 受体 及肝^ Apo 
E 受体的 识别, 促迸 LDL 以及 CM 和 VLDL 的 降解。 Apo D 促进胆 固醇酯 及甘油 三酯在 
VLDL、 LDL 与 HDL 之间的 转运, 又被称 为脂质 转运蛋 白 3 
•3. 血浆 脂蛋白 的代谢 及功能 

(0 乳 糜微粒 (CM): CM 合甘^ 三酯 80〜95%, 是运输 外源性 甘油三 酯和胆 固醇酯 的主要 形式, 脂 
肪 消化吸 收时, 小肠粘 膜细胞 再合成 的甘油 三酯, 连同合 成和吸 收的磷 脂及胆 固醇, 再 加上载 脂蛋白 (Apo 
B 4 , 和 ApoA), 在 肠粘膜 细胞中 组装成 直径为 80〜500nm 的新生 CM。 

新生 CM 经 淋巴进 入血循 环后, 由 HDL 获得 Apo C 和 Apo E, 其中的 Apo C-n 激活 存在于 心肌、 、' 
骨骆 肌. 脂肪 组织^ 细血 If 内皮^ !胞 表面的 LPL, 后 者催化 CM 中 的甘油 三酯水 @, 释 放出甘 油和脂 肪酸, 
被组 织细^ 摄取 利用。 CM 失 去甘油 三酯的 同时, 其 表面的 Apo A、 Apo C 以及磷 脂和游 离胆固 醇转移 
到 HDL, 最后 CM 内核中 90"? &以上 的甘油 三酯祓 水解, 颗粒 变小, 成 为富含 Apo B"、 Apo E 和 胆固醇 
酯的 CM 残体 (Cliylomicrcm remnant), 经与 肝细胞 膜上的 Apo E 受体结 合后, 进入 肝细胞 降解. 

CM 颗粒 较大, ^脂肪 餐后, 血中 CM 含量 升高, 血浆 呈混浊 状态, 称为 脂血。 由于 CM 代谢 迅速, 在 
血 浆中的 半. 衰期仅 5〜15 分钟, 餐后 5〜6 小时已 不能检 测出 CM, 血浆 又复洁 亮, 此 称为血 浆脂肪 廓清, ^ 
果空腹 12〜14 小时 后血浆 中仍有 CM, 系 I 型高 脂蛋白 血症, 多因 先天性 LPL 或 Apo C- n 缺陷 所致. 



食狗^ ^三 £3 




图 7-2 乳^ 微粒 的代谢 

(2) 极低 密度脂 蛋白: VLDL 主要由 肝细胞 合成, 组^ 巾 50〜70% 为 甘&三 ^, 因此它 是从肝 赃转运 

内 源性甘 浊三酯 到脂^ 等肝外 组织的 主要脂 蛋白. 

与 CM 的代谢 相似, VLDL 分泌入 血后, 山 HDL 获符 Apo C, 其中的 Apo C-n '還 活肝 外组织 毛细血 
管内皮 f3 胞 表面的 LPL, 后 者催化 VLDL 中的甘 油三^ 水解, 而 表面的 Apo C、 磷 脂和胆 固醇则 转移至 
HDL, 再从 HDL g 受胆固 醇酯, 形成 屮间密 度 脂蛋白 (InlermecHat'e density lipoprotein, IDL). 
IDL 中甘 油三酯 和胆固 醇的含 量大致 相等, 载 脂蛋白 主要为 Apo B,。 t 和 Apo E. ^分 IDL 技 肝细胞 摄取, 
其余 IDL 在 LPL 和好 脂酶 (HL) 作 用下, 甘油三 酯进一 步被 水解, 而 表面过 剩的 Apo E 转移 SHDL. 最 
终转 变为富 含胆 固^, 尤其 是胆固 醇酯, 而载^ 蛋白几 乎仅余 Apo B 105 ^LDL, VLDL 在血 中的半 袞期为 
6〜12 小时 • 



甘^ 

图 7-3 VLDL 的代谢 



(3) 低密度 脂蛋白 : 力上^ 述- LDL^VLDL 在亡 二中 分解 产生。 胆! fl 醇 占其总 i 的 50^, 其中 % 左 
右 为胆固 醇酯, 它 是转运 脏合成 的内源 性胆固 醇的主 S 形式. LDL 含量约 占血浆 脂蛋白 总量的 K〜%, 
半 衰期为 2〜4 天。 LDL 与!] 干及 肝外组 织( 如动脉 ^平 滑肌 细胞, 淋巴 细胞、 成 纤维细 胞等) 细胞 膜上的 LDL 
受体 结合, 该受体 特异地 W 别并 结合含 Apo B 1M 或 Apo E 的脂 蛋白, 故又称 ApoB、 E 受体. 血 浆中的 
LDL 与 特异受 体结合 后进入 5. 泡内, 并 在溶酶 体内被 水解, 释 放出游 离胆固 醇而被 利用, 如参与 细胞] 1 的 
组成, 合 成类固 醇激 素等. 过多 的游离 胆固醇 亦可在 胆固諄 K 基 转移^ (ACAT) 作 用下, 与脂肪 跌辅酶 
A 结 合成胆 固醇酯 储存。 LDL 受 体的遗 传缺陷 会导致 LDL 代^ 障碍. 纯 合子细 胞膜上 LDL 受 体完全 缺乏, 
杂合 子受佟 敛目可 ^ 少一 半, 此 时空腹 血浆胆 园醇含 量髙达 300〜800 mg/dl 。纯合 子患者 往往在 20 岁前就 
会 出现典 型的冠 状动脉 硬化性 心脏病 G 症状。 血 浆中的 LDL 险主要 通过上 述受^ 途径降 解外, 约% 左右的 
LDL 还可 被网状 内皮系 统的巨 fl 细胞 清除. 



(4) 高^ 度脂 蛋白: 肝脏和 小肠均 可分泌 IiDL。 荮生 HDL 主要 由磷^ 和 Apo A (A- I 、 A-n) 组 
成, 呈 盘状, 进 入血循 环后, 血浆中 卵磷脂 胆固^ ^基移 (LCAT) 经 Apo A-I^ 活, 催化 HDL 中 
卵 雜脂第 2 0: 的脂 酰基转 移至胆 面 醇第 3 位的羟 基上, 形成^ 铛, 生成 溶血卵 磷脂和 胆固醇 詣. 疏 水的胆 
固淳蹈 进入 HDL 的 核心, 使其体 积逐薪 增大, 转 变为球 状成熟 HDL. 新生 HDL 先 转变为 HDL,, 

的增多 ^及 CM 和 VLDL 在脂解 过裎中 释出的 磷脂. Apo A- 1 和 A-n 的 加入, 再转 变为密 ^2 小 





、^制 LDL 受 体合成 



图 7-4 LDL 的代谢 



— J 57-^ 



的 HDL" 因此, 血浆 HDL, 的 含量与 CM 和 7LDL"j : ;:i ,7, LCAT 和 LPL 的活 性, 以及 Apo C-n. 的水平 
密切 相关. 成熟 HDL 主要被 肝细胞 摄取, 其 中的胆 固醇用 以合成 胆汁酸 或通过 胆汁直 接排出 体外. HDL 
在血浆 中的半 衰期为 3〜5 天。 

在 LCAT 和 Apo A- 1 等的作 用下, HDL 能 将肝外 组织、 其 它血浆 脂蛋白 颗粒, 以及动 脉壁中 的胆园 
醇 逆向转 运到肝 脏代谢 或排出 体外, 阻止 了游离 胆固醇 在动脉 壁等组 织中的 沉积, 因而 有对抗 动脉! S 样硬 
化 形成的 作用。 大量统 计资料 表明, 血浆 HDL 水平髙 的人, 如绝经 期前的 妇女, 动脉硬 化的发 病牟 显著低 
于同龄 男性; 凡 使血浆 HDL 水 平降低 的各种 因素, 如 超重、 吸烟、 糖 尿病等 都是动 脉粥样 硬化的 危险因 
素. 运 动是增 加血浆 HDL 含量 的有效 措施, 应予 提倡. 近年 的研究 显示, HDL 的这 种抗动 脉硬化 作用主 要与密 
度较小 、胆固 醇和磷 脂含量 较多的 HDL, 亚组分 有关, 此亚 组分较 HDL 3 更容 易受到 性别. 年齡、 生 活方式 
(Life style, 如 吸烟、 饮酒、 运动等 )、 激 素水平 以及药 物等的 影响. 髙密 度脂蛋 白的代 谢见图 7-5. 



胆汁 胆固醇 
及 胆汁酸 




图 7-5 高密 度脂蛋 白代谢 



第四节 甘油三 酯的中 间代谢 
一、 甘油三 酯的分 解代谢 

1. 脂肪 的动员 贮存 的脂肪 被组织 细胞内 的脂肪 酶逐步 水解, 释 放出脂 肪酸和 甘油, 供 
给 其它组 织氧化 利用的 过程, 称为 脂肪的 动员。 释放 出的甘 油可以 在血浆 中直接 运送, 长链 
脂肪酸 因不溶 于水, 需要与 血浆清 蛋白结 合为脂 肪酸清 蛋白复 合体而 转运。 血 浆中的 游离脂 
肪 酸含量 不多, 空腹 时约为 6〜16mg/dl, 但其 转换率 很快, 半 寿期仅 2〜3 分钟, 因 此血浆 
运输 脂肪睃 的能力 很强, 每小 时可达 25 g。 空 腹时机 体所需 能量的 50〜S0^ 由游离 脂肪^ 
氧化 提供。 

荇在于 脂肪细 胞胞液 中的脂 肪酶是 脂肪分 解的限 速酶, 其活性 受多种 ^^的^ 节, 故又称 



为激素 敏感脂 肪酶。 肾上 腺素、 去 申肾上 腺素、 胰高血 糖素、 生 长素等 能增加 该酶的 活性, 
而胰 岛素、 前列 腺素、 雌二 醇等能 够抑制 此酶的 活性。 

2. 甘油 的氧化 甘油 在组织 细胞的 氧化利 用需要 先在甘 油激酶 作用下 转变成 a- 璘酸甘 
油, 后者 脱氢后 生成磷 酸二羟 丙酮, 然后 循糖代 谢途径 分解或 者异生 成糖。 肝、 肾和 肠粘膜 
等组 织中含 有丰富 的甘油 激酶, 但骨 骼肌和 脂肪细 胞中此 酶的活 性低, 所以后 两种组 织不能 
很好 地利用 甘油作 为能源 氧化。 

CH.OH ATP ADP CH,OH NAD* NADH + H+ CH,OH 

CHOH \ / C=-0 ― 



HOH 



甘 油激酶 
Ori 



u 

甘油 

CHO 

(Jhoh 

(1h,—o—po,h, 



J TT „^ TT a- 碟 酸甘油 脱氢酶 J 

CH,— O— PO.H, CH,— O— PO.H, 

a- 谤 酸甘油 磷酸二 羟丙酮 

OH 

― 缺氧 1 

~ ► CH s COCOOH ~ > CH,一 CH — COOH + 能量 (少) 



►CO,+ H t O + 能量 (多) 
有氧 



S- 璘酸 甘油醛 丙酮酸 

3. 脂肪酸 的氧化 脂肪 酸的氧 化包括 脂肪酸 的活化 和活化 的脂肪 酰辅酶 A 在线 粒体内 
的 3- 氧化。 经上述 过程, 脂 肪酸逐 步分解 成多个 酰辅酶 A, 后者 进入三 羧酸循 环彻底 氧化, 
并释出 大量能 量供应 机体生 命活动 需要。 

(0 脂肪酸 的活化 一 脂肪 酰辅酶 A 的生成 : 脂肪酸 氧化分 解前必 须先经 过活化 以提髙 
分子 势能, 活 化在线 粒体外 进行。 脂 肪酸与 ATP 在内 质网或 线粒体 外膜上 的脂肪 酰辅酶 A 
合成酶 催化下 生成脂 肪酰辅 酶人。 

R-C -OH+HSCoA 脂肪, CoA ,成歸 -. r-c 〜SCo A + PPi 
I / Mg" \ I 



。 ATP AMP 。 

•(2) 脂肪酰 CoA 进入线 粒体: 催化 脂肪酸 氧化的 酶系存 在于线 粒体基 质内, 胞液中 活化的 脂肪癍 CoA 
不能直 接透过 线粒体 内膜, 它进 入线粒 体要以 肉毒碱 (Cartinine, 3- 轻 -4- 三 甲基铵 丁酸) 为 载体. 肉毒 
碱的 分子式 如下, 

(CH,), — N+—CH 意一 CH — CH, — COOH 
OH 

线 粒体内 膜的两 侧均有 肉毒碱 脂銑转 移酶, 该 酶催化 脂肪跣 CoA 与 肉毒碱 之间脂 肪琺基 的转移 过程. 
脂肪铣 CoA+ 肉毒碱 脂肪銑 肉毒碱 +HSCoA 

线粒 体两侧 的肉毒 碱脂肪 酰转移 酶属同 功酶. 位 于线粒 体内膜 外侧的 肉毒碱 脂肪酰 转移酶 I, 催化脂 

HtCoA 转变 为脂肪 酰肉毒 搣而进 入线粒 体膜, 后者在 线粒体 内膜内 侧面酶 n 的作 用下, 重新 转变成 脂肪酰 

CoA. 这样, 在 肉毐碱 和肉毒 碱脂肪 酰转移 酶的作 用下, 长链 脂肪酰 CoA 进 入线粒 体内. 脂 肪酸活 化及通 

过 线粒体 嫫的过 程见图 7-6. 

(3) 氧化 过程: 脂肪酰 CoA 进入线 粒体后 逐步进 行氧化 降解, 由于氧 化发生 在脂酰 
基的 P- 碳原 子上, 故称为 氧化, 这是体 内脂肪 酸氧化 的主要 方式, 



=-159 — 



锇 纥体外 

M.~^-"T^t ^^^-SjJia^ CoA 



AT? 



HSCoA 




线 粒谇內 



C<,A~SH 
图 7-6 脂肪酰 CoA 进入 线粒体 

P- 氧化 包括四 步连续 反应: ① 脱氢: 脂肪酰 CoA 在 脂肪酰 CoA 脱 氢酶作 用下, a、 p 
碳原子 上各脱 下一个 氢 原子, 生成 《、 3 烯 脂肪酰 CoA, 脱下的 2H 由辅基 FAD 接 受生成 
FADH :o 

② 加水: a、 P 烯 脂肪酰 CoA 双键 断裂, 加 1 分 子水, 生成 P- 羟 脂肪酰 CoA。 

③ 再 脱氢: 3- 羟脂肪 ^ CoA 在 P- 羟 脂肪酰 CoA 脱 氢酶作 用下, 再次 脱氢, 生成 P - 
酮 脂肪銑 CoA。 脱下的 2H 由该酶 的辅酶 NAD + 接受, 生成 NADH+H + 。 

© 硫解: P- 酮 脂肪銑 CoA 在硫解 酶的作 用下, 被 1 分 子辅酶 A 分解, 碳链从 a 和 P 碳 
原 子中间 断裂, 生 成一分 子乙酰 CoA 和一 分子比 原来少 二个碳 原子的 脂肪酰 CoA。 

以 上生成 的少了 二个碳 原子的 脂肪酰 CoA, 再经过 脱氢、 加水、 脱氢、 硫解, 又 生成一 
分 子乙酰 CoA 3 如 此反复 进行, 偶数碳 原子的 脂肪酸 最终全 部分解 为乙酰 CoA。 脂肪酸 P~ 
氧 化的过 程见图 7-7。 



<=• R— CH 8 — CHj--CHi— CO 〜SCoA 

U) |Cfadh, 
P.-CK,— CH--CK— CO 〜SCoA 

R— CH,— CH— CH,— CO 〜SC。A 
OH 

R— CH.-C— CH 2 — CO 〜SCoA 
O 

SCoA 飞^^ CH,CO 〜SCoA 



nad4 

*NADH+H + 



8 
o 



简 CoA 



««,p" 铕脂執 CoA 



图 7-7 脂銃 CoA 的 P- 氧 化循环 
(2) ct,P- 烯腊^ Co.\* 合 S 0) P- 羟脂 HCcAJl f iSi6 



(0 mmccKvtim 

(4) ^-mmmm^m 

脂 肪鲛氧 化是体 内能量 的重要 来源。 以 16 g 的钦 脂^ 为例, 共进^ 7 次 p 氧化, 产生 8 
分 子乙鲩 CoA, 7 分子 FADH 2 和 7 分子 NADH + I- i + 。 U 分子 FADH 2 经过 呼吸链 ^ 化成 
水, 产生 2 分子 ATP; 每分子 NADH + H+ ^化 生戌 3 分子 ATP; 每分 子乙& CoA 通过 
三羧 黢循环 氧化为 CO, 和水, 产生 12 分子 ATPo 因此, 一分 子软脂 底 ^ 化总 共生成 



― 160 — 



7X(3^2) + 3X12=131ATP, 减去 脂昉酸 活化时 消耗的 1 分子 ATP, 净生成 130 分子 
ATP 。按重 量计, 脂肪铰 氧化所 产生的 ATP 是葡 萄锗氧 化产生 ATP 的 2 倍 以上。 

4. 酮体 的生成 和利用 脂肪酸 P 氧化 生成 的乙酰 CoA, 在 心肌和 骨骼肌 内能彻 底氧化 
生成 C0 2 、 H 2 并 释放出 能量。 但在肝 细胞内 ,3 氧化产 生的大 量乙酰 CoA 不 能全部 氧化, 
部 分乙酰 CoA 在 线粒体 中转变 为乙酰 乙酸、 P- 羟 丁酸和 丙酮, 这三 种物质 统称为 酮体。 酮 
体是脂 肪酸在 肝脏氧 化分解 的特有 中间代 谢物。 

(1) 酮体的 生成: 乙酰 CoA 在肝线 粒体酶 的催化 下生成 酮体的 过程分 为三歩 : 

® 2 分 子乙酰 CoA 在硫解 酶作用 下缩合 成为乙 酰乙酰 CoA。 

②乙 酰乙銑 CoA 在 P- 羟- 3- 甲基 戊二酰 CoA (HMGCoA) 合 成酶催 化下, 再 与 一分子 

乙酰 CoA 缩 合生成 HMGCoA。 

(D 在 HMGCoA 裂 解酶作 用下, HMGCoA 裂解 生成乙 酰乙酸 和乙酰 CoA。 

乙 酰乙酸 在线粒 体内膜 P- 羟丁 酸脱氢 酶的作 用下, 加 2H 还原, 生成 羟 丁酸。 极少 

的乙 酰乙酸 自发脱 羧而成 丙酮。 



r 



s§ f 敌 

跌辅钧 A 
t 



acajCX)~scoA 一" ► cu 3 co'ch 3 oo〜scoa (乙 r 乙 gfett 酶 a) 

(乙 欲辅 BS A) 

OHsCo'v-SOoi. 、| 

\ I 
OH 

EOOC-Cl-Cr-fc-^HjOO^ SCoA (HMG 〜00 A) 
CH 3 , 



OH 



CvA-CHjCXXDH OH^OCEjCOOE 
&经丁 IK 乙 St 乙^ 



00, 





曹 

CH,C— CH 霧 



丙 <H 



頭体 

K 体的生 C 

图 7-8 酮体 的生成 

肝 线粒体 内含有 丰富的 HMGOA 合成, 和裂 解酶, 因此酮 体主要 在肝脏 产生。 但肝赃 

炔少利 用酮体 的薛, 肝脏 产生的 酮休需 经血液 运输到 / 讦外组 织氧化 分解。 

(2) 酮休^ 利 用 : 肝外 许多组 织具有 活性很 强的利 用酮体 的酶, 能 将乙酰 乙酸再 活化为 
乙 酰乙酰 CoA, 然后 C 硫解酶 作用下 分解为 2 分 子乙酰 CoA 而进入 三羧酸 循环。 催 化乙銑 
乙 酸活化 的酶有 两种: ^珀 ^ CoA 转 硫酶, 主 要存在 于心、 肾、 脑和 骨骼肌 的线粒 体中, 
在有 琥珀酰 CoA 存 在时, 此酶 使乙酰 乙酸活 化成乙 酰乙酰 CoA; 乙銑 乙酸硫 激酶, 存在于 



― 161 一 



肾、 心、 脑组 织中, 逋 过消耗 ATP 直 接使乙 酰乙酸 与辅酶 A 结合 生成乙 酰乙^ CoA。 

P- 羟 丁酸在 P- 羟 丁酸脱 氢酶作 用下, 脱氢生 成乙酰 乙酸, 再沿上 述途径 氧化。 丙酮含 
量 很少, 仅占血 液酮体 总量的 2% 以下, 主 要随尿 排出。 当血 中酮体 剧烈升 高时, 丙 酮也可 
从 肺直接 呼出, 使呼 出气体 有烂苹 果味。 



CH,— CK— CH:~COOH 
OH 



NADH+H + 
CoA-SH,ATP\ /CHjCOCHtCOOH 



1C 



乙酰乙 酸疏^ SI 
PPi+AMP 



儿 



CHjCOCHiCCWSCo 
«fe!6l| CoA ~ SH 
ZCHjCC-SCoA 



PHS 丁珐 




琥 珀酜〜 SCoA 
珀酜 CoA 转硫 SI 
琥珀酸 



三羧 酸循环 



fO, + H,0- 能量 

. 图 7-9 酮体 的氧化 

总之, 肝脏 是生成 酮体的 器官, 但它不 能利用 酮体; '肝外 组织虽 不生成 酮体, 却 可以氧 

化利 用酮体 : 

(3) 酮 体生成 的生理 意义: 酮体是 脂肪酸 在肝内 氧化分 解的正 常中间 产物。 小分 子水溶 
性的酮 体易于 透过血 脑屛障 和肌肉 毛细血 管壁, 是 肝脏输 出能源 的重要 方式。 正常情 况下机 
体主 要依靠 糖的有 氧氧化 供能, 脂 肪动员 较少, 体内不 会生成 太多的 酮体。 但在 某些情 况下, 
如 饥饿和 @尿 病时, 大量 脂肪酸 在肝脏 氧化, 酮 体生成 量明显 增多, 并 且代替 葡萄糖 成为脑 
和肌 肉组织 的主要 能源, 以 维持它 们的正 常生理 功能。 

正常倩 况下, 血中仅 含有少 量酮体 (约为 0.05〜0.85m mol/L 或 0. S〜5mg/dl) , 其中 
乙酰 乙酸占 28〜30%, P- 羟 丁酸占 70%, 丙酮在 2% 以下。 饥饿、 糖 尿病、 高脂低 糖膳食 
时, 酮 体生成 过多, 超过肝 外组织 利用的 能力, 导 致血中 酮体含 量异常 升高, 称为酮 血症。 
如 血中酮 钵达到 11.9m mol/L 以上, 超 过了肾 小管的 重吸收 能力, 尿中排 出大量 酮体, 称为 
繭 尿症。 乙^ 乙酸和 P- 羟丁酸 都是较 强的有 机酸, 酮症酸 中毒是 一种临 床常见 的代谢 性酸中 
毒。 治疗 时除对 症给予 碱性药 物外, 输注葡 萄糖, 糖尿病 人还需 给予胰 岛素, 以纠正 糖代谢 
紊乱, 增加^ 的氧化 供能, 减 少脂肪 动员和 酮体的 生成。 

二、 甘油三 酯的合 成代谢 

人体内 的脂肪 除食物 摄入的 以外, 也可以 在体内 合成。 肝、 脂肪组 织和小 肠是脂 肪合成 
的主耍 场所。 



一 162 — 



1. 脂肪酸 的合成 

(1) 合成 原料和 部位: 脂 肪酸是 用乙酰 CoA 作为 碳源, NADPH 作为供 氢体, ATP 提 
供合成 所需的 能量, 在肝、 肾、 脑、 肺、 乳腺、 脂 肪等组 织的胞 液中合 成的。 肝脏是 人体合 
成 脂肪酸 的主要 部位, 其合 成能力 较脂肪 组织大 8〜9 倍。 脂 肪组织 是储存 脂肪的 场所, 它本 
身虽能 够以葡 萄糖作 为原料 合成脂 肪酸和 脂肪, 但 主要摄 取并贮 存由小 肠吸收 的食物 脂肪酸 
以及 肝脏合 成的脂 肪酸。 

乙酰 CoA 是合成 脂肪酸 的主要 原料, 代 谢中产 生乙酰 CoA 的物质 很多, 但膳食 成分中 
70〜80% 为糖, 因 此乙酰 CoA 主要 来自糖 代谢。 细胞内 的乙酰 CoA 全 部在线 粒体内 产生, 
但 合成脂 肪酸的 酶系存 在于胞 液中, 乙酰 CoA 又不能 自由透 过线粒 体内膜 。因此 ,线 粒体内 
的乙酰 CoA 需 要通过 特殊的 转运系 统进入 胞液, 方能 用于脂 肪酸的 合成。 此 转运过 程称为 
柠 檬酸一 丙酮酸 循环。 即: 线 粒体内 的乙酰 CoA 先 与草酰 乙酸缩 合成柠 檬酸, 后者 通过线 
粒体 内膜上 的载体 迸入胞 液, 经 柠檬酸 裂解酶 催化, 分解 为乙酰 CoA 和草酰 乙酸。 此乙酰 
CoA 可作为 合成脂 肪酸的 原料, 而草 酰乙酸 则在苹 果酸脱 氢酶作 用下还 原成苹 果酸, 再经苹 
果酸酶 催化氧 化脱羧 生成丙 酮酸。 丙酮 酸再进 入线粒 体羧化 为草酰 乙酸, 以补 充线粒 体内草 
酰 乙酸的 消耗。 

脂 肪酸的 合成是 还原性 合成, NADPH+H + 是 脂肪酸 合成过 程中必 需的供 氢体, 主要 
来自瞵 酸戊糖 通路。 



胞液 

TO 糖 
\ 



线粒 * 
内胰 



线粒体 



C0 2 + NADPH +H* X p^^FT^ 



NADH+H+ 

草 酰乙酸 

一 + 乙歸 ^③濯 
ATP 
CoA 



丙酮賤 一 乙酰 CoA 
^C0 3 / Hl ° 




柠懞酸 CbA 



图 7-10 柠檬酸 -丙酮 酸循坏 

(2) 脂肪 酸的合 成过程 

® 丙二酰 CoA 的 生成: 乙酰 CoA 羧化成 丙二酰 CoA 是 脂肪酸 合成的 第一步 反应, 鴿 
化 此反应 的乙酰 CoA 羧化 酶是脂 肪酸合 成的限 速酶, 辅 酶为生 物素。 

乙酰 CoA 羧化酶 



CH,CO〜SCoA + CO,- 



>HOOC~CH, — CO〜SCoA 



ATP ADP+Pi 

(I) 脂肪酸 合成晦 《; : 由乙酰 CoA 和 丙二酰 CoA 合成软 脂酸是 一个重 复的加 成过程 • 
在楦 物和微 生物细 胞中, 催化此 过程的 为脂肪 酸合成 酶系, 它 由一个 脂酰载 体蛋白 (Acyl 



— 163 — 



carrier protein, ACP) 和 围绕在 其四周 的至少 六种酶 组成。 它 们是: 脂肪 銑转 移酶、 丙二 

銑转 移酶、 P- 酮脂 肪酰合 成酶、 酮脂 肪酰还 原酶、 脱 水酶、 ct, P 烯脂肪 ^还原 酶组成 。如 

图 7-11 所示: 

(3) 软脂酸 的合成 过程: 乙跣 CoA 与 丙二酰 CoA 

合成软 脂酸是 一个复 杂的循 环过程 ,现简 化为四 步反应 : 
①脱羧 缩合: 脂肪酸 合成酶 系的组 成中有 二个巯 

基与其 催化作 用密切 相关。 一 个巯基 结合在 ACP 上, 由 

V 磷酸遍 多酰巯 基乙胺 提供; 另 一个还 原性巯 基来自 

酶的半 胱氨酸 (即合 成酶一 SH 基)。 乙酰 CoA 和丙二 

酰 CoA 首 先在各 自转移 酶的作 用下, 分 别与合 成酶的 

巯 基以及 ACP 的 巯基相 结合, 然 后合成 酶上的 乙酰基 

转移到 ACP 上并 与丙二 酰基缩 合, 同 时脱羧 并放出 C0 2 , 生成 P- 酮 丁銑〜 SACP。 
(D 加氢: P- 酮 丁酰〜 SACP 由 NADPH+H+ 获得 2H, 还原为 P- 羟 丁酰〜 SACP。 
(D 脱水: P- 羟 丁酰〜 SACP 脱去 1 分子 H 2 生成 a、 3 烯 丁酰〜 SACP。 
④ 再 加氢: 再由 NADPH + H+ 供氢, a、 P 烯 丁酰〜 SACP 还原成 丁酰〜 SACP。 软 

脂酸的 合成过 程见图 7-12。 

乙酰〜 SCoA 乙酰〜 SCoA 

i ACP - SH ^. SH / 乙薪〜 S— 合成酶 i+C0 2 乙跌 CoA 羧化酶 

乙酰〜 s— Acr^M^— / 




/^肪 rt\ 

图 7-11 脂 肪酸合 成多酶 复合体 



lACP— SH- 



丙 二酰〜 SCoA 



丙 二酰〜 S— ACP 



脂肪酰 合成酶 一 co: 







〇 



CH,— C— CH 2 — C 〜 S — ACP 
乙酰 乙酰一 S— ACP 

NADPH 2 酮脂 肪酰 还原酶 

0H 

CH 3 — CH— CH 2 — C - S —ACP 

-HaO I a, P 烯 脂肪酰 水化酶 

V , 

' 

CH,— CH— CH — C - S —ACP 

NADPH, j a ^ 烯 脂肪酰 还原驊 


CH,— CH t — CK 2 — C 〜 S —ACP 

图 7-12 软脂^ 的合 成过程 
通过上 述一轮 反应, 由 2 个碳原 子的 乙酰基 转变为 4 个碳原 子的丁 酰基。 上述 缩合、 加 
氢、 脱水、 再加 氢的过 程反复 进行, 就以 丙二酰 CoA 作为 二碳单 位的供 给体, 经过 7 次循 
环, 每 次增加 2 个碳 原子, 生 成十六 碳的坎 S〜ACP, 再 经硫酯 酶作用 生成软 脂酸。 总 
反 应为: 



— 164 — 



乙酰 CoA+7 丙二酰 CoA+i4NADPH+H+ ~ >CH 3 —(CH,)"— COOH+7CO,+6H,0+ 14NADP+ 

(4) 脂肪酸 碳链的 延长和 去饱和 作用: 胞液中 合成的 软脂酸 可以在 线粒体 或内质 网中进 
一步 加工, 使碳链 延长, 生成硬 脂酸等 饱和脂 肪酸, 也能 够去饱 和生成 单烯脂 肪酸, 主要是 
油酸 (18:1, A e )。 人 和哺乳 动物不 能合成 亚油酸 (18:2, A 9 ' 12 )、 亚 麻油酸 (18:3, 
△ 9 , l2 , I6 )、 花生 四烯酸 (20:4, A 5 ' 8 '"'"), 此三种 多不饱 和脂肪 酸必需 由食物 供应, 因为哺 
乳动 物缺乏 A 9 以 上的去 饱和酶 (Desaturase)。 

2. 甘 油三酯 的合成 2 分子 脂肪酰 CoA 与 一分子 a- 磷酸甘 油在转 酰酶作 用下, 先将 

二个 脂酰基 转移至 ex- 磷酸 甘油分 子上, 生成磷 脂酸, 然 后脱去 磷羧, 再与另 一分子 脂肪酰 

CoA 缩合生 成甘油 三酯。 合成过 程如下 所示: 



CH 2 OH 
CHOH 



+ 2R' 



PO,H, 



-SCoA 



转 酰酶. 



CH 2 0— COR 
CHO— COR 
CH 2 OH 

甘 油二酯 



转酰酶 



R— C 

II 

O 



'SCo A. 



CH 2 0— COR 
CHO— COR 

CH 2 0— P0 3 H, 

磷脂酸 
CH 2 0— COR 

CHOCOR 

CH 8 OCOR 

甘 油三酯 



H,0 



合成 需要的 a- 磷酸 甘油来 自糖酵 解或甘 油的磷 酸化, 脂肪酰 CoA 由体内 合成或 消化道 
摄入 的脂肪 酸活化 生成。 在能 源物质 供应充 裕的条 件下, 机体主 要以糖 为原料 合成脂 肪贮存 
起来, 以备 需要时 动用, 具有重 要生理 意义。 



笫五节 多 不饱和 脂肪酸 的重要 衍生物 
前列 腺素、 血 栓素和 白三烯 



前 列腺素 (Prostaglandin, PG). 血栓素 (Thromboxane, TX) 和 白三烯 (Leukotrienes, LTs) 

均 为廿碳 多不饱 和脂肪 酸的衍 生物。 30 年代首 先在人 精液中 发现一 种可使 平滑肌 收缩的 物质, 误认为 来自前 

^^而 称 为前列 腺素. 后发现 pg 种类 繁多, 几乎存 在于哺 乳动物 所有组 织和体 液中, 而以精 液中含 a 最丰 

富. 70 年 代先后 从血小 板和白 细胞中 分离出 血栓素 (TXA,) 和白 三烯. 近年 的研究 发现, PG、 TX 和 
LTs 在体 内含量 虽少, 但分 布和生 理作用 广泛, 它 们不但 参与了 几乎所 有细胞 的代谢 活动, 而且与 炎症, 
免疫、 过敏、 心血 管疾病 等许多 重要生 理和病 理过程 有关, 在调节 细胞代 谢上具 有重要 作用. 

一、 前列 腺素、 血 栓素及 白三烯 的分类 和命名 

(一) 前 列腺素 

前列腺 素是一 类具有 廿碳原 子的不 饱和脂 肪酸, 它以前 列腺酸 (Prostanoic acid) 为基本 骨架, 具有 
"个 五碳 环和两 条侧链 (R, 及 R,). 见图 7-13. 



一 165 — 



9 8 



6 5 3 




COOH R, 



11 12 




15 17 
前 列腺酸 



14 15 17 

花生 四烯酸 
( 20:4 厶"""'") 

图 7-13 花 生四烯 酸及前 列腺酸 的结构 
根 据五碳 环上取 代基团 和双键 位置的 不同, PG 分为 9 型, 分别 命名为 PGA、 B、 
G、 H 和 I, 体内 PG A. E 及 F 较多. 



C、 D, E, F、 



O 



O 



O 



/ 



R, 



、R, 



/ 



\ 



R, 



A R , 



OH 



O 



OH 



A 
R, 
R, 



OH 



O 




R, 



F 



11 



G 




D 



O 



\A R| 

E 

COOH 



OH 



H 



H 



、R, 



I 



PGG, 和 PGH, 是 PG 合 成过程 的中间 产物, PGI ,为带 双环的 PG, 除五碳 环以外 还有一 个含氧 的五元 
环, 又 称为前 列环素 (Prostacyclin). 

根 据侧链 R, 及 R, 所 含双键 的数目 PG 又分为 1、 2、 3 类, 写在 各型字 母的右 下角. 又 根据五 碳环上 9 位 
OH 基的立 体构型 而分为 a 及 P 两型. 天然 前列腺 素均为 a 型. 如 PGF la 和PGF,cc 的 结构. 



COOH 



\ W\C00H \W\C00H 



COOH 




11 13 




••11 13 
OH 



代. 



PG F,a PG F t a 

(二) 血栓素 

血栓素 也是廿 碳不饱 和脂肪 酸的衍 生物, 它 有前列 腺酸样 骨架, 但 分子中 的五碳 环为含 氧的嗞 烷所取 



COOH 




血拴素 A, 




(三) 白三烯 

白三烯 是不含 前列腺 酸骨架 的廿碳 不饱和 旨 肪酸. 根 据碳环 上取代 基团、 双键异 构及环 氧化物 的不同 

而将白 三烯分 为人、 B. C、 D、 E 型 (LT A、 B、 C、 D、 E). 各型 LT 中, 一般含 有四个 双键. 常在 
字 母右下 方标以 4 表示. 白三烯 A, 的结构 如下, 



COOH 



iCH, 
14 15 17 19 

白三烯 K (LT K) 

二、 前列 腺素、 血栓素 和白三 烯的生 物合成 

(-) 前列 腺素及 血铨素 的合成 

细胞 膜中磷 脂富含 的花生 四烯酸 是合成 PG 及 TX 所 需原料 的主要 来源. 除红细 胞外, 全 身各组 织均能 
合成 PG, 血小板 中有血 栓素合 成酶, 可 利用花 生四烯 酸生成 TXA,. 当细 胞受外 界因素 如血管 紧张素 n、 
缓 激肽、 肾上 腺素、 胶元、 凝血 酶等的 刺激, 细胞 膜中的 磷脂酶 A, 被 激活, 使磷脂 水解释 放出花 生四烯 
酸, 然 后经环 加氧酶 催化, 先后 生成不 稳定的 环内过 氧化物 PGG, 和 PGH,. PGH, 在 一系列 酶的作 用下转 
变为 PGF,a、 PGD, 和 PGE,, 在 血管内 皮细胞 PGH, 经 PGI, (前列 环素) 合成 酶作用 转变为 PGi,. 在血 
小板、 肺、 脾等 组织内 PGH, 经血 栓素合 成酶催 化生成 TXA,. 

花生 四烯酸 r 

环加^ 酶^ o> 

O-ryw^COOH 

OOH 

paa a 

OH - ^c^S^S^ 基前列 环素 

PGH, \血 栓素 os 

合成酶 PGr* 



coon 



Vvyw 




OOOH 



O OH 
PGDy 



OOOH 



OH .oh 
PGE 



OH 

TXAj 



图 7-14 PG, TX 的生 物合成 

(=) 白三烯 的生^ 合成 

来自磷 脂的花 生四烯 酸在脂 过氧化 酶作用 下生成 氢过氧 化廿碳 四烯酸 (5-Hydroperoxy eicotetra- 
enoic acid ' 5 - HPETE ), 然后 在脱水 酶的作 用下产 生环氧 化物, 并^ 双键异 构化形 成白三 烯入乂!/?人,), 
后者在 谷胱甘 肽转移 33 催化 下形成 LTC 4 , 再由 y- 谷氨酰 转肽酶 催化, 将谷 氨酸从 LTC, 中 脱去, 形成 
LTD 4 后者 由二肽 酶催化 转变为 LTE 4 . LTA, 还 可在环 氧水解 酶作用 下生成 LTB«. 



— i«7 — 



花生 四烯铰 
J 腿 氧化癍 

C5-HPETE) 

脫水誨 



:1 9 ^ 0、5H 



COO' 




14 6H*A ( 
CH 2 SH ! 

CK-C-N-CHzCOO" 



^"^"^H I 谷腕 甘呔 转移酶 

V 谷 胱甘呔 J 

HO H ' coo- 

ck-c-n-chk:oo" 

b H 

o 



NH-C-CH2CH2-CH 
白三 *c 4 Q H ^ coc 



谷氮 酸- 



谷氨銑 转眯誨 

'COO" 



CH"C-N-<H2C0O- 
♦NH3 

\__/\/\/ CH-COO' 
NHj* 
白三^ E 4 

图 7-5 白三 烯的生 物合成 



三、 前列 腺素、 血 栓素和 白三烯 的生物 学效应 
(-) 前 列腺素 

PG 主 要通过 cAMP 或 cGMP 为中 介发挥 生物学 效应。 PGE 2 能使 支气管 平滑肌 松弛, 并 能诱发 局部炎 
症, 促进 局部毛 细血管 扩张, 通透性 增加, 产 生红、 肿、 热、 痛 症状。 PGE 2 、 PGA, 使动脉 平滑肌 舒张, 
有降低 血压的 作用。 PGE, 和 PGI 2 能抑制 胃酸 分泌, 促进 胃肠道 平滑肌 蠕动。 现认为 内源性 PG 对 胃粘膜 
的保护 作用可 能是防 止溃疡 病发生 的重要 因素。 卵泡 产生的 PGF 2 cx 可使卵 巢平滑 肌收缩 而引起 排卵. 子宫 
释放的 PGF 4 a 能 使黄体 溶解, 分 娩时子 宫内膜 释放的 PGF 2 a 并能 引起子 宫收缩 增强, 从 而促进 分娩. 
PGE 2 能加速 血小板 聚集, 促 进血拴 形成。 而 主要在 血管内 皮细胞 合成的 PG "不 仅能扩 张血管 (包 括冠状 



― 168 — 



动脉 ), 还能 激活 腺苷^ 环化^ , 增加血 小板内 cAMP 的 含量, 从而 抑制血 小板的 聚集. 
(二) 蛮 

血小板 产生的 TXA 2 与 PGI 2 作用 相反, 能显 著促进 血小扳 聚集, 使血管 收缩, 促 进凝血 及血栓 形成, 
且上 述生物 效应比 ?6£ 2 强 得多。 TXA^n PGI 2 之间: ': 勺平衡 构成保 护血管 完整性 的内环 境稳定 因素. 各种 
因素 (如高 血压、 高血 脂等) 引起的 动脉内 皮细胞 损伤, 使其不 能生成 足够的 PGI 2 合 成酶, 造成 PGI:/ 
TXA 2 比值的 下降, 导致血 管收缩 和血栓 形成, 是动脉 ^样 硬化 和由此 引起的 心脑血 管病发 生和发 展的重 
要 原因。 

小 剂量阿 斯匹林 能够显 著抑制 血小板 中环加 氧酶的 活性, 从 而阻断 TXA 2 的 生成, 同时 不影响 血管内 
皮细^ PGI 2 的 合成, 故有 抗血小 板聚集 和血栓 形成的 作用。 我 国学者 结合中 医活血 化瘀的 理论, 发 现冠心 
II 号能够 增加血 小板中 c AMP 的 含量, 川芎提 取物川 芎嗪能 降低血 小板聚 集性, 并有效 地对抗 TXA 2 引起 
的动脉 平滑肌 收缩。 鱼油 中富含 <0_ 3 系 的多不 饱和脂 肪酸, 如 廿碳五 烯酸等 ((0 编码 体系为 从脂肪 酸的甲 
基碳 开始计 数碳原 子排列 顺序的 方法, 亚油 酸和花 生四烯 酸均为 co-6 系不 饱和脂 肪酸。 ), 在体内 可依此 
为原 料合成 PGE S 、 PGI^TXA, 等 物质。 PGI 3 能够 抑制细 胞膜磷 脂释放 花生四 烯酸, 从 而减少 TXA 8 和 
PGI^ 生成。 由于 PGI 3 的生物 效应与 PGI 2 相同, 而 TXA, 却较 TXA 2 的 作用弱 得多, 因此多 食鱼类 和鱼油 
(如 爱斯基 摩人) 有利 于改善 TXA 2 与 PGI 2 的作用 平衡, 预防 心脑血 管病的 发生. 

(=) 白三烯 

过敏原 刺激机 体合成 的慢反 应物质 (Slow reacting substance of anaphylaxis, SRS-A), 被认 

为是 引起哮 喘病支 气管痉 挛和粘 膜水肿 的主要 物质, 现证 实其为 LTC,. LTD, 和 LTE< 的混 合物。 它促使 
支气管 平滑肌 收缩的 作用较 组胺或 PGF 2a 强l00〜1000 倍, 且 缓慢而 持久。 LTB, 还能 调节白 细胞的 功能, 
促进 嗜中性 及嗜酸 性白细 胞游走 及趋化 作用, 诱发 多核白 细胞脱 颗粒, 使溶 酶体释 放水解 酶类, 加 速炎症 
及过敏 反应的 发展。 1^1^ < 和1^70 < 还 能使毛 细血管 通透性 增加, 并有凝 集血小 扳及抑 制胰岛 素分泌 的作用 

第六节 磷脂 和胆固 醇的代 i 射 

• ;、' 珠脂 的代谢 .w^n)^|y|i^^Ki^^^^Ap$^|^ 

磷脂是 生物) ^的重 要组成 成分, 红 细胞膜 脂类的 40%, 线 粒体膜 脂类的 95% 为磷脂 。同时 
:' 'i 讨 脂肪的 吸收和 转运以 及不饱 和脂肪 酸的储 存也起 着重要 作用。 体 内含量 最多的 磷脂为 
卵磷^ 和 占磷脂 总量的 75% 以上。 人类从 食物, 如 蛋黄、 瘦肉、 肝、 脑、 肾、 大豆中 
可 以获得 g)!il, 但 机体也 能自行 合成所 需要的 磷脂, 肝脏 是磷脂 合成最 活跃的 器官。 

1. 磷脂 的合成 卵磷脂 和脑磷 脂均由 四部分 组成: 甘油、 脂肪 鲛、 磷鲛、 胆碱或 胆胺。 
上述^ 质可通 过食物 提供或 在体内 合成, 但 甘油的 P- 位 碳原子 上多为 必需脂 肪酸, 仅 能从食 
物 获得。 

(0 胆胺和 胆碱的 合成: 胆胺 ' 在体内 可由丝 氨酸脱 去羧基 生成。 胆胺由 S+- 腺苷 蛋氨酸 
丄获得 甲基后 转变为 胆碱。 

CH 2 OH C0 2 CH 2 OH • CH 2 — OH 

I / I I 

CHNH 2 - ~ > CH,— NH, -»CH 2 — N + .^(CH,\ 

I S+— 腺苷 蛋氨酸 

COOH 

丝氨酸 胆胺 胆碱 

(2) 卯 (脑) 磷脂的 合成: 胆碱或 胆胺在 合成卵 磷脂或 脑磷脂 之前, 需要 经过三 磷酸胞 



一 109 ― 



苷 (CTP) 激活, 形成胞 苷二磷 酸胆碱 (CDP- 胆碱) 或胞 苷二磷 骏胆胺 (CDP- 胆胺 ), 然 

后再与 甘油二 酯缩合 成卵磷 脂或脑 磷脂。 以卵磷 脂为例 其合成 过程如 下: 

HO—CH,— CH: — N + s(CH s ), 胆碱 

\/ ATP 

卜 ADP 

H:0 3 — — CH ,一 CH 2 — N+=(CI-I 3 ), . 磷 铰胆诚 

7CTP 

CDP— 0— CH 2 — CH : — N + =(CH 3 ), CDP —胆碱 

CHaCOR! 

(!; H0C0R, 甘 油二酶 

(!; H 2 0H 

CH 2 0C0R, 

CMP + CH0CCR 2 

i I ^ 卵磷醸 

CH 2 p— o — CH 2 — CH 2 — N + 三 (CH 3 ), 

Ah 

脑磷脂 的合成 与卵磷 脂的合 成过程 相似。 

另外, 磷脂还 可以通 过另一 条途径 合成。 即 a- 磷酸 甘油二 酯先与 CTP 作 用生成 胞苷二 
磷 酸甘油 二酯, 再与丝 氨酸反 应生成 丝氨酸 磷脂, 后者 脱羧后 生成脑 磷脂, 脑 磷脂再 甲基化 

转 变为卵 磅脂。 

磷脂 是合成 脂蛋白 的必需 材料, 如果磷 脂在肝 脏合成 不足, 会使肝 中内源 性甘油 三酯的 
外运 发生隙 碍。 肝 脏中脂 肪过量 堆积, 称为 脂肪肝 (详见 脂类代 谢紊乱 )。 

2. 硗^ 的分解 磷脂 在体内 磷脂酶 Ah A 2 、 甘 油磷酸 酶和胆 碱磷酸 酶的作 用下, 水解 
成甘 &、 脂 肪酸、 磷酸、 胆碱或 胆胺。 甘 油和脂 肪酸均 可进一 步氧化 分解成 (:02和1^0 ; 胆 
碱经 甲基后 生成甘 氨酸, 脱 下的甲 基可用 于其它 物质的 合成。 

二、 胆固 醇代谢 '; ' 

1. 胆固醇 在体内 的含量 和分布 胆固 醇是生 物膜和 神经髓 鞘的重 要组成 成分, 又 是胆汁 
酸和 类固醇 激素的 前体, 因此 广泛存 在于全 身各组 织中。 胆固 醇在体 内的分 布极不 均勾, 全 
身胆固 醇总量 (约 140 S) 的四 分之一 存在 于脑和 神经组 织内, 每 百克组 织约含 胆阖醇 2 g 

(2%); 肝、 肾、 小 肠粘膜 等内脏 以及皮 肤和脂 肪组织 中胆固 醇的含 量也比 较髙, 达 0.2〜 
0.5^; 肌 肉组织 中胆固 醇含量 较低, 约 0.1〜0.2%; 骨质 中含量 最少, 仅占 0.01? &。 

2. 胆固 醇的消 化吸收 . 

(1) 食 物中的 胆固醇 含量: 正常膳 食每天 约提供 0.3〜0.5S 胆 固醇, 全郎 来自动 物性食 
品, 如 蛋黄、 内脏、 奶 油等。 植物 性食品 不含胆 固醇, 所含植 物固醇 如豆固 醇和谷 固醇, 不 
仅 本身不 被人体 利用, 还能 抑制胆 IS 醇的 吸收。 各种常 见食物 中胆固 醇的含 量见表 7-6。 

(2) 胆 固醇的 消化和 吸收: 食物 中的胆 固醇多 以游离 胆固醇 的形式 存在, 胆固醇 酯仅占 



― no 一 



表 7-6 各种 食物中 的胆固 酵合量 (mg/lOOg〉 



蛋淸 





猪油 


110 


带鱼 


244 


K 脂牛奶 


2 


肥 瘦猪肉 


120 


蛤蜊 


180 


牛奶 


24 


猪肚 


150 


螃蟹 


182 


瘦牛肉 


57 


猪心 


150 


乌贼鱼 


350〜460 


瘦猪肉 


60 


猪肠 


163 


鸡、 鸭蛋 


500 


瘦羊肉 


84 


猪! 


300 


鱿鱼 


1, 170 


鸡肉 


90〜200 


猪肝 


620 


蛋黄 


2, 000 


鸭肉 


70~00 


奶 fin 


280 







10〜15%。 后者 经胆汁 酸盐乳 化后, 在胰 腺分泌 的胆固 醇酯酶 作用下 水解为 游离胆 固醇, 吸 
收进 入小肠 粘膜。 在肠粘 膜细胞 80〜90?& 的 游离胆 固醇与 脂肪酸 再合成 为胆固 醇酯, 然 后游离 
胆固醇 以及胆 固醇酯 同甘油 三酯、 磷脂和 Apo B 48 —起组 成乳糜 微粒, 经淋巴 进入体 循环。 
未被吸 收的食 物胆固 醇在肠 腔被细 菌还原 为粪固 醇排出 体外。 胆 固醇在 肠道的 吸收率 不高, 
一 般仅占 食物中 含量的 20〜30%。 

(3) 影响 胆固醇 消化和 吸收的 因素: 许多因 素影响 食物胆 固醇的 消化和 吸收。 主 要包括 

(D 胆汁 酸盐: 作为乳 化剂, 胆汁酸 盐有利 于胆固 醇酯酶 的水解 作用, 而 胆汁盐 微团又 是胆固 
醇等 脂类水 解产物 吸收迸 入肠粘 膜细胞 的运载 工具。 因此, 胆汁 酸盐能 促进胆 固醇的 消化和 
吸收。 (D 食物中 脂肪的 含量: 外 源性脂 肪能促 进胆汁 的分泌 和肠粘 膜细胞 中乳糜 微粒的 合成, 
故能 增加胆 固醇的 吸收。 ③ 植物 固醇: 其 结构与 胆固醇 相似, 本 身不易 吸收, 摄入过 多还能 
够抑 制胆固 © 的吸 收。 ® 纤 维素和 果胶: 能与胆 汁酸盐 结合后 从肠道 排泄, 从 而削弱 了胆汁 
酸盐 对胆固 0- 消化 和吸收 的促进 作用。 临 床应用 的消胆 胺为一 种阴离 子交换 树脂, 就 是胆汁 
酸盐结 合剂。 

3. 胆固醇 的合成 , 
(0 胆固 51 合成的 部位及 原枓: 体内胆 固醇主 要由机 体内源 合成, 每日 约产生 1〜2 克, 
多于 普通膳 食条件 下食物 中胆固 醇的吸 收量。 各种组 织细胞 均具有 合成胆 固醇的 能力, 而以 
肝 脏的合 成作用 最强, 占全 身胆固 醇合成 总量的 70〜80%。 其次是 小肠, 约占 10%, 皮肤、 
肾上腺 皮质、 性 腺等也 是胆固 醇合成 的重要 场所, 脑合成 胆固醇 的能力 很低。 胆固醇 的合成 
在胞 液和微 粒体中 进行, 来 自糖、 氨基 酸和脂 肪酸分 解代谢 所产生 的乙酰 CoA 是合 成胆固 
醇 的基本 原料, 同时 还需要 NADPH + H+, ATP 等辅 助因素 参加。 

(2) 胆固醇 的合成 过程: 可分 为三个 阶段: ① 由乙酰 CoA 合成 六碳的 P- 羟 甲 基戊二 
酰 CoA(HMG CoA),HMG CoA 是 合成胆 固醇和 生成酮 体的共 同中间 产物. ② 由 HMG CoA 
合 成三十 即鲨烯 (Sg ua l e n e )。 其中 HMG CoA 在还 原酶催 化下, 由 NADPH+ 
H+ 获得 4H, 还原为 甲基二 羟戊酸 (MVA), 是 整个胆 固醇合 成过程 的关键 反应, HMG CoA 
还原 酶是合 成的限 速酶。 ③ 鲨烯进 入微粒 体环化 成羊毛 脂固醇 ,再转 变为胆 固醇。 胆固 醇的合 
成简 况见图 7〜16。 

乙銑 CoA 是胆固 醇合成 的起始 物质, 每合成 1 分子胆 固醇, ^要 18 分 子乙酰 CoA、36 
分子 ATP 和 16 分子 NADPH+H+。 这些物 质大部 分来自 糖的氣 化, 因此膳 食中糖 戌热量 
过多会 使机体 胆固醇 的合成 增多, 饥饿 时胆固 醇合成 减少。 

HMG CoA 还原酶 在调节 胆固醇 的合成 中具有 决定性 意义, 许多因 素通过 改变此 限速酶 

一 171 一 



2 乙酰 CoA 

硫解酶 I 

乙 酰乙酰 Co A 

HMGCoA 



+ 乙酰 CoA 



合成晦 
COOH 



CH 3 — COH 
CH, 



HMGCoA 

. 还原酶 

7 \ 

2NADPH 2 HSCoA 
+ 2NADP + 



COOH 



H 2 

CH 3 — COH 
CH 2 



ATP 



CH 2 OH 
MVA 



CH, 

C=CH, 
CH 2 —- 
CH 2 — 0— PP 



CO~SCoA 
HMGCoA 



焦 璘酸酶 



羊毛 固醇— 胆固醇 




, 鲨烯 胆固醇 

图 7-16 胆固醇 的合成 

的 活性, 而影响 体内胆 固醇的 合成。 膳食 胆固醇 能反馈 抑制肝 脏中胆 固醇的 合成, 就 主要通 

过对 HMG CoA 还原酶 的抑制 而发挥 作用。 肾上腺 素和甲 状腺素 都能促 进此还 原酶的 活性, 
而 使胆固 醇合成 加强。 但 甲状腺 素又能 促进胆 固醇转 变为胆 汁酸, 且 后一作 用大于 前者, 故 
总 结果是 使血浆 胆固醇 降低。 甲 状腺机 能亢进 患者, 血 浆胆固 醇含量 较正常 偏低, 而 甲状腺 
机能减 退的患 者常伴 有高胆 固醇血 症及动 脉粥样 硬化。 

4. 胆固醇 的转化 与排泄 胆 固醇在 人体内 不能分 解成二 氧化碳 和水, 因 此不是 能源物 
质, 但 它能转 变为一 系列重 要的类 固醇化 合物。 

(1) 转 变成胆 汁酸: 体内 75〜80% 的 胆固醇 在肝脏 转变为 胆酸, 胆 酸与甘 氨酸或 牛磺酸 
结 合成胆 汁酸。 胆 汁酸的 钠盐或 钾盐称 为胆汁 酸盐或 胆盐, 是胆汁 的重要 组成, 对脂 类的消 
化和 吸收起 着重要 作用。 

胆酸 的生成 受自身 的反馈 调节, 终产物 胆酸能 够抑制 肝脏中 7cc- 羟 化酶的 活性。 因此消 
胆胺 等抑制 胆酸从 肠道重 吸收的 药物, 能促进 肝脏胆 汁酸的 生成, 从而 有利于 降低体 内胆固 
醇的 含量。 

(2) 转变成 类固醇 激素: 胆固 醇在肾 上腺皮 质细胞 内转变 为肾上 腺皮质 激素; 在 卵巢转 
变为雌 二醇、 孕 酮等雌 激素; 在睾丸 转变为 睾丸酮 等雄性 激素。 

(3) 转变为 7- 脱氢胆 固醇: 在 肝和肠 粘膜细 胞中, 胆固醇 转变为 7- 脱氢胆 固醇。 后者贮 
存于 皮下, 经 紫外光 照射后 转变成 维生素 D 3 , 而促进 钙磷的 吸收和 骨骼的 钙化。 

体 内部分 胆固諄 可由肝 细胞直 接排入 胆管, 随 胆汁进 入肠道 排泄。 因此, 胆道阻 塞的病 
人, 血 中胆固 醇含量 会显著 升高。 胆汁 中胆固 醇含量 过高, 又会形 成胆固 醇结晶 并沉淀 下来, 
这 是引起 胆结石 的重要 原因, 



f 七节 胆汁 与胆汁 酸代谢 

一、 胆 汁的正 常组成 

胆汁由 肝细胞 分泌, 胆囊 贮存, 经总 胆管排 入十二 指肠。 成 人每天 约分泌 500〜1000ml 
胆汁。 肝 细胞刚 分泌出 的胆汁 称为肝 胆汁, 呈金 黄色, 澄清 透明, 有 苦味, 比重约 1.010, 
稍偏 碱性。 肝胆汁 进入胆 囊后, 其中 的水分 和无机 盐不断 被胆囊 吸收, 胆囊壁 又分泌 许多粘 
蛋 白掺入 胆汁, 使胆汁 浓缩, 比重 增高至 1.012〜1. 059, 成 为暗褐 色粘稠 不透明 的胆囊 胆汁。 

胆 汁既是 一种消 化液, 促 进脂类 的消化 吸收; 又是 一种排 泄液, 体 内一些 代谢或 生物转 
化的 产物、 毒物或 解毒的 产物, 如胆 红素、 胆 固醇、 药物、 重金属 离子、 色 素等, 可 经胆汁 
输送到 肠腔, 再随粪 便排出 体外。 

胆汁为 一种水 溶液, 胆 囊胆汁 中水占 82%。 其 固体成 分中最 重要的 为胆汁 酸盐, 占胆汁 
固 体成分 总量的 50〜70% ; 胆 色素, 主要是 结合胆 红素, 也 是胆汁 的特征 性成分 之一, 占固 
体 成分的 3〜5% ; 胆 汁中还 含有较 多的礤 脂和胆 固醇。 其中 磷脂, 主 要是卵 磷脂, 占 固体成 
分的 1 /4 左右 ( 25 〜 3 0%); 胆 固醇占 3 〜6%。 除此 以外, 胆汁中 还含有 多种蛋 白质、 某 些酶、 
脂 肪酸、 少量 尿素, 以及 Na+、 K+、 Ca 2+ 、 Fe 2+ 、 Cl_、 HC0 3 — 等无机 离子。 正常胆 汁的组 
成成 分见表 7-7。 



表 7-7 肝胆汁 与胆囊 胆汁组 成成分 的比较 





肝 


胆 汁 


胆 襄 


胆 汁 


色泽 


金 黄色, 


澄 清透明 


暗 褐色, 


粘稠 不透明 


比重 


1.010 


~1.012 


1.012 一 


-1.059 


pH 


7. 1 


~8.5 


5. 5 一 


-7.7 


水 W 


96 


~97 


80 一 


-86 


总固 体物质 (%) 


3 


~4 


14 一 


一 20 


蛋白质 


0. 1 


--0.9 


1 一 


一 4 


胆汁酸 


0.2 


~2 


1.5 - 


一 10 


磷腊 


0.05 


~0. 08 


0.2- 


-0.5 


胆固醉 


0. 05 


~0. 17 


0.2- 


-0.9 


胆色素 


0.05 


~0. 17 


0.2- 


-1.5 


无机盐 


0.2 


~0.9 


0.5- 


-1. 1 


钙 (mg? &) 


4 


~9 


10- 


—14 


铁 (mg%) 


0.03 








氣 (mmol/L) 


75〜110 


15- 


-30 



二、 胆汁 酸代谢 

胆汁 酸是体 内胆固 醇的主 要代谢 产物。 成 人每日 约合成 l〜2g 胆固 醇, 其中! / 2 以上 (0.4〜 
1.49) 在 肝脏转 变为胆 汁酸。 肝细胞 新合成 的胆汁 酸称为 初级胆 汁酸。 初级胆 汁酸随 胆汁进 
入肠道 ,经肠 道细菌 作用, 还 原成为 次级胆 汁酸。 次级 胆汁酸 可由门 静脉重 吸收, ^ 被 肝脏分 
泌到胆 汁中。 因此, 胆汁中 既有初 级胆汁 酸又有 次级胆 汁酸, 它 们几乎 都与甘 氨鲛或 牛磺酸 



一 173 — 



A 一一 艇 9, 基 象 《 驄 AOMB-CoiU 



(r 遵, 鼴, 7* Kmmmntiitittt 



ho 




一— 7« g 化 81 ^ 

組汁 



g 康膨 . 异 WW 




' 、'人 



I 



CH.OH 



2«R 化 * 



HO 〜; ^ 

Sa.7..12(>.26oeg)5)EHR 
OH 



化 《 与 M 酶 Att 含 




HSCo. RRCoA 



OH H 

3*.7*,12« 三 » 駔 Bl 默繞麟 A 
«H \/\/ CO~SCoA 




C0NHCH,CH,SOH. 



CONHCH.COOH 



< 

图 7-n 初 级胆汁 酸的生 物合成 



174 — 



等结合 成结合 胆汁^ : 各种胆 汁酸主 要以其 钠盐或 钾盐的 形式存 在于胆 汁中, 即胆汁 酸盐。 

•1. 初 级胆汁 酸的生 物合成 胆固 醇转变 为胆汁 酸的过 程相当 复杂. 首先, 胆 固醇在 7a- 羟化 酶催化 
下, B 环第 7 位上羟 化生成 7ct- 羟胆 固醇, 7ct- 羟化 酶属于 微粒体 单加氧 酶系, 反应 需要细 胞色素 P450, 以 
及 NADPH+H+ 的 参加. 此步反 应为胆 汁酸合 成过程 的限速 步骤, 终产 物胆汁 酸能反 馈抑制 7(1- 羟化 酶的活 
性. 7ct- 羟胆 固醇再 经羟化 酶和侧 链氧化 酶等的 作用, 最后 生成胆 酸和鹅 脱氧胆 酸两种 游离型 初级胆 汁酸. 
它们 分别同 甘氨酸 或牛磺 酸结合 就形成 结合型 初级胆 汁酸, 主要包 括甘氨 胆酸、 甘氛 鶴脱氧 胆酸、 牛磺胆 

m、 牛磺 鹅脱氧 胆酸。 人胆 汁中甘 氨胆汁 酸与牛 磺胆汁 酸含量 之比为 3:1. 硫 酸结合 型胆汁 酸的量 甚少. 

现将 胆固醇 转变为 初级胆 汁酸的 过程简 示如图 7-17. 

•2. 次级 胆汁酸 的生成 随胆汁 进入肠 腔的胆 汁酸参 与脂类 的消化 吸收. 当胆汁 酸移至 小肠下 端和大 
肠后, 受肠道 细菌的 作用, 结合型 胆汁酸 首先脱 去甘氨 酸或牛 磺酸, 再脱去 7ct 位上的 羟基, 转变 为游离 a 
次级胆 汁酸。 其中胆 酸转变 为脱氧 胆酸, 鹅脱氧 胆酸转 变成石 胆酸。 游 离型次 级胆汁 酸吸收 进入肝 脏后, 
多数转 变为结 合型次 级胆汁 酸再分 泌到胆 汁中. 正常胆 汁中胆 酸和鹅 脱氧胆 酸各占 40%, 脱氧 胆酸占 18% 
左右, 石 胆酸在 2% 以下。 

# 3. 胆汁 酸的肠 肝循环 进入 肠道的 
各种胆 汁酸绝 大部分 (95~£)8%) 被 肠壁重 
吸收. 回肠是 重吸收 的主要 部位, 因为该 
处有胆 汁酸特 异的主 动转运 系统。 成年人 
每天 可分泌 30 g 胆 汁酸, 而 体内胆 汁酸代 
谢池仅 3〜5g, 这说 明胆汁 酸每天 需重复 
利用 10 次 左右。 由 于肠肝 循环的 存在, 使 
数 量不多 的胆汁 酸能够 有效地 促进食 物 中 
脂类的 消化和 吸收. 每天由 粪便丟 失的胆 
汁酸约0.4〜0.6§, 占胆 汁酸分 泌量的 2〜 
5%, 主要是 次级胆 汁酸, 特 别以胆 汁酸中 
溶解度 ^小 的石胆 酸排出 最多。 因而, 肝 
细 胞只需 合成相 等数量 的胆汁 酸以弥 补 粪 
便中胆 汁駿的 丟失。 

如 果阻断 胆汁酸 的肠肝 循环, 如使用 
消 胆胺, 该药物 可作为 螯合剂 在大肠 中 与 
胆汁 酸结合 排出, 而使 体内胆 汁酸池 缩小, 
7 a- 羟 化酶因 此活性 增强, 使 更多的 胆固醇 
转 化为胆 汁酸, 消胆 胺常用 于降低 血浆胆 
固醇, 但大量 使用也 会使肠 腔中胆 汁酸含 
量 降低, 影 响脂类 的消化 吸收, 甚 至出现 
脂 肪泻。 



第八节 脂类代 谢紊乱 

一、 高 脂血症 (Hyperlipidemia) 

空 腹血脂 浓度持 续髙于 正常称 为高脂 血症. 临 床上的 高脂血 症主要 是指血 浆胆同 醇或甘 油三酯 的含量 
单独超 过正常 上限, 或者二 者同时 超过正 常上限 的异常 状态. 正常人 的上限 标准因 地区、 种族, 膳食, 年 




图 7-18 胆汁 酸的肠 肝循环 



龄、 职业 以及测 定方法 等的不 同而有 差异。 一 般成人 以空腹 12〜14 小 时后, 血浆甘 油三^ 超过 1.80m mol/ 
L(l60mg/dl), 胆固 醇超过 6 . 7 m mol/L( 26 0mg/dl) 作为高 脂血症 的诊断 标准, 血脂 在血浆 中均以 脂蛋白 
的形式 存在和 运输, 因此高 脂血症 实质上 是某种 形式的 高脂蛋 白血症 (Hyperlipoproteinemia). 

根据 世界卫 生组织 1971 年 的分类 方法, 高脂 蛋白血 症分为 五型, 以 后又将 n 型分为 n, 和 n b 两型. 我 

国 的高脂 蛋白血 症病人 主要为 II 型 (约占 40%) 和 F 型 (占高 脂蛋白 血症的 50% 以上 ). 

高脂 蛋白血 症从病 因上分 为原发 性和继 发性两 大类。 继 发性高 脂蛋白 血症由 某些已 知疾病 引起, 如糖 
尿病、 肾病综 合征、 甲状腺 机能减 退等. 原 发性高 脂蛋白 血症病 因多不 明确, 现已 证实, 部 分伴有 遗传性 
缺陷 和家族 史. 而 肥胖、 不良 的饮食 和生活 习惯、 激素以 及神经 的调节 失常也 是诱发 高脂蛋 白血症 的重要 
因素. 各 型高脂 蛋白血 症的特 征见表 7-8. 



表 7-8 各型 高脂蛋 白血症 的特征 



类 S 


I 








V 


名称 


高 乳糜微 粒血症 


高 P- 脂蛋 白血症 


髙 p- 脂 蛋白及 
前 p- 脂 蛋白血 
症 


髙 p- 脂 蛋白血 

症 


髙 f P- 脂蛋白 
血症 

i 


高乳^ 微 粒及前 
p-su 蛋 白血症 


增 加的脂 
蛋白 


乳 糜微粒 (CM) 


P- 脂蛋白 
(LDL) 


P- 脂蛋白 

(LDL) 
前 P- 脂蛋白 
(VLDL) 


中间型 脂蛋 

白 (IEDU 


前 脂 蛋 白 
(VLDL) 


前 脂 蛋 白 

(VLDL) 乳 K 微 
粒 (CM) 


血 清脂类 
浓 度变化 


TGT f t 

CT 或正常 
C/TG<0.2 


TG 正常 
Ct 1 T 
C/TG>2. c 


TGT 
CT t T 

C/TG> . 5 


TG t 〜 H 
CT〜T T 

C/TG=i〜2 


TGT T 

C 正常或 t 
C/TG<0.2 


TGT T 

C T 

o. 15<C/TG 

<0.6 


tfl 清外观 
分 离后放 

置 12 小时 j 


乳白色 

上层 奶油盖 
下 层澄清 


透明 
透明 


大 多透明 或混浊 
仍 或混浊 


大 多混浊 
上层 奶油盖 
下 层混浊 


透 明或混 仍透 
明 或混浊 


混浊或 芤 白色 
上层 奶油盖 
下 层混浊 


成因 


肝 外性脂 蛋白脂 
肪 誨缺乏 或活性 
降低、 血 浆乳糜 

微粒 的清^ Ff: 巧 


P- 脂 蛋 异化障 
碍, 

P -脂 蛋' 白 受 体 
缺 损, P- 脂 蛋 
白 对胆固 醇的负 
反馈作 用失效 


合成 亢进, 脂蛋 
白脂 ® 酶 活性降 
低, 脂蛋 白异化 

mm 


中间 脂蛋白 (IL- 
DL) 异 化障碍 


合成^ 强, 异化 
障碍, 脂 S 白脂 
肪 磨抑制 


异化 障碍, 脂蛋 
白脂肪 蘇 的缺乏 
或 抑制, 造成甘 
油 三酷的 清除障 
碍, apoC— I 缺 
损等 


临 床特点 


皮 疹状黄 色瘤, 
肝 脾大, 眼底有 
高 脂血症 性视网 
膜炎, 骨^ 有泡 
沫细胞 


有角 膜环, 与动 
脉 硬化的 关系密 
切 


同 i« 


常 有周围 血管病 
变, 较早 伴发冠 
心病, 糖耐 fl 降 
低 


多 肥胖, 过食, 

? t m ft 降 低, 
易发 生 冠 心 病 

(63%) 


常见于 成年, 症 
状与 I 型 相似, 
与 冠心病 的关系 
不显著 


恶 化条件 | 摄 取长链 脂肪酸 
1 


髙 卡量, 增加饱 
和膽 


! 高 卡量, 增加饱 
j 和脂 肪及糖 


髙卡 a, 巧加; 3 
和脂 肪及糖 


s 卡 ff:, ru 饱 
和 脂肪. 乙醇等 
增加 


糖、 抱和 脂肪、 
乙 醇等的 S 入增 
加 


发生率 


罕见 


常 见 

(I 型在 我国占 4 0<?& 左右) 


不常见 


常见 

在 我囯一 半以上 

属 于此型 


不常见 



TG : 代表甘 油三^ 0: 代表 胆固醇 



二、 动 脉粥样 硬化 (Atherosdsrosis) 

动脉 粥样硬 化主要 由于血 浆胆固 醇含量 过多, 沉积 于大、 中 动脉内 膜上, 形 成粥样 斑块, 导致 管腔狭 
窄甚至 阻塞, 从而影 响了受 累器官 的血液 供应。 冠状 动脉的 上述病 变会引 起心肌 缺血, 甚 至心肌 梗塞, 称 
为冠状 动脉硬 化性心 脏病, 简称冠 心病. 同 位素示 踪实验 证明, ^样斑 块中的 胆固醇 来自血 浆低密 度脂蛋 
白 (LDL). LDL 可侵 入动脉 内膜, 并在 内膜中 裂解, 释 放出胆 固醇, 引起局 部细胞 坏死, 中 层平滑 肌细胞 



一 176 一 



增生并 向内胶 迁移, 成纤 维细胞 增生, 管 壁纤维 化和 钙化 S 病理 改变。 极低 密度脂 蛋白 (VLDL) 是 LDL 的 
前体, 因此, 血浆 LDL 及 VLDL 增髙的 高脂蛋 白血症 患者, 冠心病 的患病 率显著 增加. 

高密 K 脂蛋白 (HDL) 的水 平与冠 心病发 病率呈 显著负 相关。 这 是因为 HDL 能将 外周细 胞中过 多的胆 
固醇 转变 为胆固 醇酯, 并 将其转 运到肝 脏氧化 成胆酸 或者直 接排出 体外, 细胞 培养的 实验还 证明, HDL 能 
够与 LDL 争夺 血^ 壁平滑 肌细胞 膜上的 受体, 具有 抑制细 胞摄取 和蓄积 LDL 的 作用。 血浆 HDL 能 够防止 

胆固醇 在动脉 壁中的 沉积, 因此是 冠心病 的保护 因素. 

综上 所述, 脂 类代谢 紊乱造 成血浆 LDL 或 VLDL 含量 升高, HDL 含量 减少, 是 导致动 脉粥样 硬化的 
关^ 因素, ^ 低 血脂, 主要 是降低 LDL 和 VLDL 的 水平, 并 设法提 高血浆 HDL 的 水平, 不 但是治 疗高脂 
血症, 而且 -足预 !: 方和治 疗动脉 硬化和 冠心病 的基本 原则。 

降 低血脂 的措施 如下: 

1. 饮 食控制 ① 少吃动 物油及 含高胆 固醇、 高 脂肪的 食物, 以减少 外源性 甘油三 酯和胆 固醇的 摄入. 
长期限 制胆固 醇的摄 入量, 可降 低血浆 胆固醇 10~259 & 左右。 ② 控制 热量, 避免 过食。 尤其 要控制 蔗糖、 
果糖、 葡 萄糖这 类简单 糖的摄 入量, 以减 少体内 甘油三 酯和胆 固醇的 合成。 (D 增加 膳食中 蔬菜、 水果, 豆 
类、 牛 奶等的 比例。 蔬菜、 水果和 豆类中 含有丰 富的纤 维素、 果 胶和豆 固醇, 能够抑 制胆固 醇和甘 油三酯 
的 吸收. 豆类中 含有的 磷脂, 还 有利于 甘油三 酯和胆 固醇的 转运, 牛奶中 含有某 种抑制 HMGCoA 还原酶 
的 物质, 可减少 体内胆 固醇的 合成。 

2. 体 育活动 适当运 动是防 治高脂 血症和 冠心病 的重要 措施。 因 为运动 时骨骼 肌和心 肌细胞 耗能增 
多, 更多 的游离 脂肪酸 进入这 些组织 氧化, 使 进入肝 脏的游 离脂肪 酸数量 减少, 内源 性甘油 三酯的 合成减 
少, 运动并 能增加 脂蛋白 脂肪酶 的活性 ,从 而有利 于乳糜 微粒及 VLDL 的 降解; 运动还 能够升 高血浆 HDL, 
尤其是 HDL 2 亚 组分的 水平, 促进 胆固醇 的逆向 转运, * 

3. 降 脂药物 . 

(1) 消 胆胺: 又称降 脂一号 树脂, 为 聚苯乙 烯季胺 型阴离 子交换 树脂, 分 子量为 100 万. 消胆胺 在消化 
道不被 破坏, 也不 吸收, 但与 胆酸的 亲合力 很大, 从而干 扰了胆 汁酸盐 的肠肝 循环, 增加机 体对胆 固醇和 
胆 汁酸的 排泄。 由于胆 汁酸盐 是胆固 醇吸收 的必需 物质, 胆酸 含量的 减少能 够降低 肠道胆 固醇的 吸收. 体 
内 80% 左右的 胆固醇 在肝脏 转化为 胆酸, '其 转化速 度受体 内胆酸 含量的 负反馈 调节。 血中胆 酸浓度 降低, 
则胆固 醇转化 为胆酸 的速度 增加。 因此, 消胆胺 适用于 高胆固 醇血症 患者。 剂 量过大 (>24g/ 日) 该 药能阻 
止 脂肪的 吸收, 甚至 发生脂 肪泻. 

(2) 烟酸: 主要^ 制脂肪 动员, 减 少游离 脂肪酸 的释放 和肝脏 中甘油 三酯及 VLDL 的 合成。 同 吋通过 
对 HMGCoA 还原酶 的抑制 作用, 也可 降低内 源性胆 固醇的 合成。 

烟 酸的副 作用有 恶心、 呕 吐等胃 肠道反 应以及 皮肤的 潮红和 搔痒, 继续用 药多可 消失, 

(3) 亚油酸 等多不 饱和脂 肪酸: 亚油酸 能与游 离胆固 醇结合 为胆固 醇酯, 而有 利于胆 固醇的 转化、 运 
输和 排泄, 并能 改变胆 固醇在 体内的 分布, 减 少血管 壁中胆 固醇的 含量。 蚕蛹 和向日 葵籽中 含有丰 富的亚 
油酸. 鱼 油中多 不饱和 脂肪酸 (如 廿碳五 烯酸、 六烯 酸等) 含 量高, 都可用 于高脂 血症和 冠心病 的防治 . 

(4) P- 谷 固醇: 为一 种植物 固醇, 可抑制 肠道胆 固醇的 吸收. 

(5) 硫酸软 骨素: 为 酸性粘 多糖, 它 能增强 LPL 的 活性, 从而促 进乳糜 微粒及 VLDL 的 脂解, 降低血 
桨 中甘油 三酯的 含量, 另外, 它还有 抗凝和 抗血栓 形成的 作用, 对治疗 动脉粥 样硬化 有一定 效果。 

(6) 降脂中 草药: 近年来 我国科 技工作 者通过 大量临 床和实 验研究 证实, 许多中 草药具 有降低 血脂. 
预防和 治疗^ 脂血 症及动 脉粥样 硬化的 作用, 且副作 用小, 值 得推广 应用。 单 味药如 泽泻、 山楂、 首乌、 
茵陈、 丹参、 人參、 三七、 决 明子、 大蒜、 绿亘、 绿 茶等。 而经中 医辩证 后组成 的各种 方剂, 不但 降脂作 
用 增强, 某 些还有 强心、 扩 张冠状 动脉, 降低 血压、 镇静 等多种 作用, 如益气 活血为 主的中 药复方 "冠脉 康", 
经临 床使用 显示: 该复 方能够 显著降 低冠心 病人血 浆甘油 三酯、 总胆 固醇及 低密度 脂蛋白 胆固醇 (LDLc) 
的 水平, 并能增 加血浆 高密度 脂蛋白 胆固醇 (HDLc), 尤其 是密度 较小的 HDL 2 亚 组分的 水平, 提^ 血 
浆中 Apo A-I 和 Apo C-fl 的 含量. 动 物实验 表明上 述复方 除降脂 作用外 并能够 阻止和 逆转大 [?、 因 髙胆固 



一 177 一 



H 食饵诱 发的主 ^泳 粥 r; 羊 硬化病 变. 
. 三、 脂肪肝 

脂肪在 肝中过 量存积 称为脂 肪肝. 正 常肝脏 所含脂 类约占 肝重的 4〜7*, 其 中半数 为甘油 三酯. 脂肪 
肝时, 肝中 脂类达 肝重的 10% 以上, 且主要 为甘油 三酯, 类脂的 含量甚 至低于 正常. 

肝 脏是合 成甘油 三酯最 活跃的 场所, 肝 脏合成 的甘油 三酯主 要依赖 极低密 度脂蛋 白运往 心肌、 骨 狢肌、 
脂 肪等肝 外组织 氧化或 贮存. 肝中脂 肪合成 过多, 或者 VLDL 合成障 碍是造 成脂肪 肝的两 个直接 原因. 

1. 肝 脏甘油 三酯合 成过多 见 于脂肪 或糖的 摄入量 过多, 以及脂 肪动员 增强. 73 脂膳食 时进入 肝内的 
脂肪 和饱和 脂肪酸 增多; 糖尿 病人脂 肪动员 增加, 大 量游离 脂肪酸 被肝脏 摄取, 成 为合成 甘油三 K 的原 料, 
糖代 谢产生 的乙酰 CoA 、(! -磷酸 甘油, NADPH+H+ 和 ATP 是合 成脂肪 的主要 物质. 

2. 极低密 度脂蛋 白的合 成障碍 VLDL 是内 源性甘 油三酯 的运载 工具. 其组 成中除 50〜7C% 为 甘油三 
酷外, 磷脂占 15% 左右. 这部 分磷脂 与载脂 蛋白构 成脂蛋 白颗粒 的极性 外壳, 对甘油 三酯的 运输起 着重要 
作用. 因 此磷脂 的摄入 不足以 及其合 成障碍 (后者 主要因 胆碱, 必需脂 肪酸或 蛋氨酸 供应不 足引起 ), 都会 
导 致肝中 VLDL 的合成 与甘油 三酯的 合成速 度不相 适应, 而发 生]^ 肪肝. 卯 磷脂、 胆碱、 蛋 氨酸、 甲基转 
移所 需要的 维生素 以及 三磷酸 胞苷, 都能 够促进 肝脏中 磷脂的 合成, 故具 有抗脂 肪肝的 作用. 

此外, 酗 酒也可 引起脂 肪肝. 乙醇不 但直接 造成肝 损害, 而且 90% 以上的 乙醇在 肝内被 氧化, 乙醇脱 
氢使 NADH/NAD+ 的比值 升高, 从而抑 制了脂 肪酸的 氧化, 增加 了肝内 脂肪的 合成. 
. 慢 性脂肪 肝可引 起肝细 胞纤维 性变化 并可发 展为肝 硬化, 使 肝脏功 能进一 步受到 损害. 

四、 肥 胖 

肥脬 (Obesity) 是指脂 肪组织 中有过 多脂肪 蓄积的 状态. 目前 国际上 用体重 (质) 指数 (Body mas 
index, BMI) 作为 肥胖度 的衡量 标准. BMI= 体重 (kg)/ 身高 '(m»). 我 囯规定 2 4<BMI<26 为轻度 肥胖; 
26<BMI<28 为中度 肥胖; BMI>28 为重度 肥胖. 

成 年人的 肥胖, 脂肪细 胞体积 增大但 数目一 般不 增多; 生 长发育 期儿童 发生的 肥胖, 脂肪细 胞体积 增大, 
数目也 ^多. 而 且婴幼 ^Jt 期喂养 过饱还 会引起 食欲中 枢功能 失调, 成年 后出现 贪食的 习惯. 据统计 80% 
的肥胖 儿童, 如不采 取适当 措施将 会发展 为成人 肥胖. 因此, 积极提 倡科学 喂养, 更新 观念、 防治 儿童肥 
胖, 是肥胖 症预防 和治疗 的重要 环节. 

引起 S 胖 的原因 很多, 除遗传 因素和 内分泌 失调引 起的肥 胖外, 常 见的原 S 为热 量摄入 过多, 体力活 
动 过少, 致 K 过多 的糖, 脂 肪酸和 甘油. 氨基 酸等转 变为甘 油三酯 贮存于 脂肪组 织中. 这类 原因引 起的肥 
胖 常称作 单纯性 肥胖, 即患者 不伴有 明显的 神经及 内分泌 的功能 失常, 主要 出现以 肥胖为 主的各 种临床 表现. 
如 怕热、 多汗、 疲乏 * 心悸、 呼吸 困难、 嗜睡、 腹 胀等. 

肥胖症 患者常 伴有高 血糖、 高 血脂、 高血 压和高 胰岛素 血症. 肥胖 者对胰 岛素有 抗性, 血浆胰 岛素含 
量 虽高, 但糖 耐量却 比正常 人低. 基 于以上 改变, 肥胖症 患者糖 尿病、 髙 血压、 冠心病 和脑血 管病, 以及 
胆^ 炎、 胆 石症和 痛风等 的发病 率显著 高于正 常人. 

肥胖症 的防治 主要在 于饮食 控制. 科学 的减肥 食谱应 根据每 个人的 活动情 况, 计 箅出每 天应摄 入的总 
热量。 在食物 组成上 减少脂 肪和简 单糖的 比例, 但需 要摄入 足够的 蛋白质 以维持 M 总 平衡, 并给予 维生素 
含量 丰富的 蔬菜、 水果、 豆 类等. B 族维 生素, 尤其是 维生素 B,、 B,、 PP 、泛 酸等对 促进体 内糖、 脂 肪和氨 

基酸 的氧化 分解起 着重要 作用; 水 和无机 盐是维 持机体 正常生 理活动 所必需 的营养 物质, 都应充 分供应 * 

—般 认为, 每摄入 100 千卡 热量, 至少 应包括 5g 糖, 即糖 应不低 于供能 总量的 209 &, 否则会 发生酮 症酸中 
毒, 除 节制饮 食外, 适当增 加体育 活动, 尤其是 慢跑等 持续时 间较长 的有氧 运动, 能 够促进 体内贮 存脂肪 
的 动员和 利用, 是防 治肥胖 症的另 一基本 措施. 



— 178 — 



药物 减脑适 用于饮 食控制 不住, 又 不爱参 加体育 锻练的 肥胖症 患者. 减肥西 药主要 以控制 食 欲为目 
的, 如苯丙 胺类. 能够 作用于 下丘脑 的食欲 中枢, 以节制 食欲。 肥胖症 中医辨 证多为 气虚和 痰湿. 益气健 
脾温肾 利水为 其主要 治则. 《神 农本 草经》 中 记载着 I 35 种具 有轻身 作用的 药物, 如 人参、 茯苓. 白术. 地 
黄, 拘杞、 黄芪、 杜仲、 泽泻、 菊花, 仙灵 脾等, 就多属 此类, 



第八章 生 物氧化 

第一节 概 i 卡 

一、 生物氧 化的概 念和生 理意义 

—切 生物的 所有生 命活动 (如 肌肉 收缩、 神经 传导、 腺体 分泌、 物质合 成等) 都 需要消 
耗 能量。 食 物是人 类能量 的根本 来源。 食物 提供的 能量来 自糖、 脂肪、 蛋白质 等有机 化合物 
蕴 藏的化 学能, 当它们 在体内 氧化分 解时, 释放 出大量 自由能 供给生 命活动 需要。 

糖、 脂类和 蛋白质 等有机 物在体 内经过 一系列 的氧化 分解, 最终生 成二氧 化碳和 水并释 
放出 能量, 这一 过程称 为生物 氧化。 因为 生物氧 化是在 组织细 胞内进 行的, 消 耗氧并 放出二 
氧 化碳, 所 以生物 氧化又 称为组 织呼吸 或细胞 呼吸。 

二、 生 物氧化 的特点 /J 

有机物 在体内 的氧化 (生物 氧化) 与其 在体外 的氧化 (燃烧 ) 都 需要消 耗氧, 最 终产物 
((:0 2 和1"1 2 0) 及释 放的总 能量也 相同, 但 两者的 表现形 式和氧 化条件 却相差 很远。 体外燃 

烧是有 机物中 的碳和 氢在高 温条件 下与空 气中的 氧直接 化合, 生成 00 2 和1^0, 并 骤然释 

放 出大量 能量, 以光 和热的 形式向 环境中 散发。 而生物 氧化的 终产物 co 2 , 为 有机物 在酶的 

作用下 脱羧产 生的; H 2 是 有机物 分子中 的氢在 一系列 酶的催 化下, 经 过连续 的递氢 或递电 

子 过程, 最终与 氧结合 生成; 生物 氧化过 程中的 能量是 逐步释 放的, 除 部分以 热的形 式散发 

(可 维持 体温) 外, 近 50% 的 能量用 于合成 ATP 这样 的高能 磷酸化 合物, 贮存 起来。 需要的 
时 候再由 ATP 分子中 释出, 并转 换成机 械能、 电能、 化学能 等多种 形式的 能量, 以 满足机 
体各 种生命 活动的 需要。 由于 生物氧 化是酶 促反应 过程, 因 而能在 温和的 条件下 (37TC、pH 
r .4), 含水的 环境中 高效地 进行, 氧化的 速度受 机体的 调节和 控制。 

第二节 二 氧化碳 的生成 

如上所 述, 体内二 氧化碳 的生成 并不是 代谢物 中的碳 原子与 氧直接 化合的 结果, 而是有 

机物 中的碳 原子在 酶的作 用下先 氧化成 羧基, 再经 脱羧作 用生成 co 2 。 脱羧基 反应有 不同的 
方式: 有 些脱羧 不伴有 氧化, 称 为单纯 脱羧; 有些 则伴有 氧化, 称 为氧化 脱羧。 根据 羧基在 

底物分 子上的 位置, 又分为 cc- 脱羧和 P- 脱羧。 例如: 
① a- 单 纯脱羧 

R-CH ― [ COO |h 氫基 酸脱 1 R— CH a NH,+CO, 

. 丽, 

«- 氨基酸 眩 



②" - m 難 



CH.COl COO H 雜鷺 — CH,CO〜SCo A + CO,+ NADH+ H' 



丙酮酸 



③ P- 单 纯脱羧 



®P- 氧 化脱羧 



P CH t 



NAD + % CoA-SH 

乙酰 CoA 
丙酮酸 羧化酶 



COO 



H 



a COCOOH 

草 酰乙酸 



-CHoCOCOOH + CO, 



丙酮^ 



P ? H , CQQ H CH,COCOOH + CO,+ NADH + H— 



a CH(OH)COOH 

苹果酸 



丙酮酸 



第三节 水 的生成 一 线 粒体氧 化体系 

线粒 体是生 物氧化 的主要 场所, 三羧酸 循环和 脂肪酸 P 氧化 的有关 酶类都 存在于 线粒体 
中。 代 谢物在 酶作用 下所脱 的氢, 经过 线粒体 内膜上 多种酶 的辅酶 (或 辅基) 的逐步 传递, 
最终与 氧结合 成水。 有些 辅酶或 辅基直 接传递 氢原子 (H+ + e), 称为递 氢体; 有些则 只传递 
电子, 称为递 电子体 。这些 酶与辅 酶依次 连结- 构成 复杂的 电子传 递系统 称为呼 吸链或 电子传 
递链。 

一、 呼吸链 的组成 成分及 其作用 

目 前巳经 发现组 成呼吸 链的成 分约有 20 多种, 新的 成分还 在陆续 发现, 这 些成分 基本上 
可 分为五 大类。 现将 呼吸链 酶类的 组成、 化学 结构和 作用分 别介绍 如下: 

1. 脱氢 酶类及 其辅酶 脱 氢酶类 是催化 底物脱 氢的一 类酶。 脱氢 酶有很 多种, 它 们的酶 
蛋白部 分各不 相同, 但辅 酶只有 两种: 一 种是烟 酰胺腺 嘌呤二 核苷酸 (NAD+), 简 称辅酶 
I; 另 一种是 烟酰胺 腺嘌呤 二核苷 酸磷酸 (NADP+), 简 称辅酶 n。 关 于脱氢 酶的辅 酶结构 
详 见维生 素有关 章节。 

脱氢酶 的两种 辅酶中 起递氢 作用的 部分是 烟酰胺 (VPP), 它 能反复 地进行 脱氢氧 化和加 
氢 还原。 在 生理条 件下, 烟 酰胺中 的吡啶 氮为正 五价, 能可 逆地接 受电子 而成三 价氮。 其对 
侧的 碳原子 也比较 活泼, 能可逆 地加氢 还原, 因此 烟酰胺 每次接 受一个 氢原子 和一个 电子, 
而将另 一质子 (H+) 留于介 质中。 简示 如下: 



H 



NAD+( 或 NADP" 

氡化 型辅酶 I 
(或 氧化 型辅酶 II) 



•V^^* 一一一 «B 

CONH, k 



H H 




一 CONH, 

, H+ NADH (或 NADPH) 
+M 还原 型辅酶 I 

(或 还原 型辅酶 n) 



一 



通 常可将 反应式 写成: 

NAD + ( 或 NADP + ) +2H— NADH (或 NADFH) + H+ 

这 类脱氢 酶能激 活底物 脱氢, 其辅酶 接受氢 后成为 还原型 辅酶, 后者可 在黄素 酶的催 化下, 
将 U 传 递给黄 素酶的 辅基, 本身 再被氧 化为氧 化型的 辅酶。 

2. 黄素蛋 白酶类 黄 素蛋白 酶类的 辅基有 两种: 黄素单 核苷酸 (FMN) 和黄素 腺嘌呤 
二 核苷酸 (FAD)。 它们 都是以 核黄素 (维 生素 B 2 ) 为中心 构成的 黄尜核 苷酸。 FMN 和 FAD 
是 递氢休 , 其分子 中的异 咯嗪部 分可进 行可逆 地脱氢 和加氢 反应, 每 次传递 两个氢 原子。 其 
作 用机理 如下: 




R 




1 

N \ 




10 1 
N/ 






ii 





o 



NH 



氧化型 FMN 或 FAD 



+ 2H 
^2H 




NH 

H O 

还原型 FMN 或 FAD 



O 



即: 



+ 

FMN (或 FAD) ― FMNH 2 (或 FADH 2 ) 
-2H 



黄素 蛋白酶 类种类 很多, 为呼 吸链有 关的有 NADH 脱氢酶 (FMN)、 琥珀酸 脱氢酶 
(FAD), 脂 酰辅酶 A 脱氢酶 (FAD)、cc- 磷 酸甘, 脱氢酶 (FAD) 等。 

3. 铁硫 蛋白类 铁 硫蛋白 (Fe—S) 是呼 吸链' 中的一 类 电子传 递体, 它含 有非血 红素铁 
和对酸 不稳定 的硫。 现 已发现 九种, 即 (Fe — S:h〜 (Fe—S) 8 , 其中 (Fe—S^ 又 可分为 la 和 

I b 。 在 线粒体 内膜上 铁硫蛋 白往往 和其他 递氢体 或电子 传递体 (如 黄素 酶或^ 胞 色素) 结合 
成复 合物而 存在。 

铁 硫蛋白 传递电 子的反 应中心 称为铁 硫中心 (Iron-sulfur center), 通常由 2 个或 4 个 
铁 原子及 硫原子 组成, 形成 〔2Fe2S〕 或 〔4Fe4S〕 的 形式。 铁原子 与硫相 互连接 成晶格 结构, 并 
通过 铁原子 再与蛋 白质中 四个半 胱氨酸 残基的 S 相连 接。 其结 构可表 示为: 

一半 胱一^ c ^一 半胱一 



S 



S 



S 



\ Fe Fe^ 

一 半胱一 ^ 

铁硫中 心的铁 能可逆 地氧化 还原, 氧化状 态时, 铁均为 三价, 还原状 态时, 一个 铁变为 



-半 胱- 



二价, 因此 铁硫蛋 白是单 电子传 递体。 即 



Fe 3 — 



+ e 



铁 硫蛋白 不仅参 与线粒 体氧化 体系, 而且还 参与某 些微粒 体氧化 体系。 在呼吸 链中, 有 
的铁硫 蛋白在 NADH 脱氢酶 (FMN) 到 CoQ 之 间传递 电子, 有的在 琥珀酸 脱氢酶 (FAD) 
到 CoQ 之 间传递 电子, 有 的在细 胞色素 b- Cl 之间 &递 电子。 

4. 辅酶 Q (简称 CoQ) 辅酶 Q 广泛存 在于生 物界, 故 称为泛 ^。 CoQ 的化学 结构为 2, 



— 82 — 



3- 二甲 氧基- 5- 甲基 -1,4 苯^ 的衍 生物。 在 6 位碳上 有若干 (n) 个异 戊二烯 单位的 侧链, 不 
同来源 的辅酶 Q, 其侧链 的异戊 二烯单 位数目 不同, 人和哺 乳动物 n=10, 可写成 CoQn* 
辅酶 Q 的醌 结构能 可逆地 进行氧 化还原 反应, 因 此是递 氢体。 







OH 



CH s O- 
CH 8 0— 1 



— CH 3 

— (CH 2 CH= 



I +2H CH 3 0— 

=C— CH 2 )nH ― CH 3 0— 
-2H 



-CH 3 

-(CH 2 CH= 



CH 3 

=C— CH 2 )nH 



H 



O 

CoQ (氧 化型) CoQH 2 (还原 型) 

在呼 吸链的 传递过 程中, CoQ 接受 黄素酶 传来的 氢而被 还原成 氢醌, 然 后再将 电子传 
给细 胞色素 (将质 子留于 介质中 ), 本身 被氧化 成醌。 

5. 细胞色 素体系 细胞色 素是呼 吸链中 的一类 传递电 子的色 素蛋白 ,其色 素辅基 是铁卟 

啉衍 生物, 在有 氧呼吸 的生物 体细胞 中普遍 存在, 故称 为细胞 色素。 在递 电子反 应中, 细胞 

色 素体系 依靠其 辅基中 铁的化 合价可 逆变化 而传递 电子。 

+ e 



Fe 3+ = 



— e 



Fe 5 



不 同生物 来源的 细胞色 素各不 相同, 目前已 发现的 有三十 多种, 其 中重要 的有细 胞色素 
a、 a 3 、 b、 c、 Ci 、 b 3 和 P450。 细胞色 素较多 地存在 于线粒 体中, 但 也存在 于微粒 体内。 如细 
胞色素 b 5 和 P 45 。 就主 要存在 于微粒 体中。 人和 动物线 粒体呼 吸链中 含有五 种细胞 色素: 
a、 a s 、 b、 c、 c 10 细 胞色素 a 3 直 接以氧 分子为 电子接 受体, 故又 称细胞 色素氧 化酶。 细胞 
色素 a 与 a s 目前 尚不能 分开, 故统 称为细 胞色素 aa 3 。 细 胞色素 a 3 分子除 含有铁 卟啉外 ,尚 

+ e 



含 有铜, 在电子 传递过 程中, 依 靠化合 价的可 逆变化 (Cu : 



— e 



:Cu + ) 在细 胞色素 a 3 与 



氧 分子之 间传递 电子。 

线粒体 中的细 胞色素 绝大部 分和内 膜紧密 结合, 只有细 胞色素 c 结合 较松, 容易 分离提 
纯, 故对 其结构 研究得 较清楚 (见图 8-1)。 细 胞色素 C 中辅 基铁卟 啉与酶 蛋白肽 链上的 两个半 
胱氨酸 残基结 合成牢 固的硫 醚键。 铁 原子有 六个配 位键, 其中有 四个配 位键与 卟啉环 生成络 



CH 3 CH, — CH 广 S-CHr 



HC 



•H 3 C' 

HOOC-CHz-CHj 



HC 



=|/ 、= 



CH 广 CH 2 -S-CH2- 



1 1 一 画 
I 



CH 、一 一一婦 一一 一一一 J 



CH 2 CH, 
1 

CH 2 
COOH 

图 8-1 细 胞色素 c 



— 183 — 



合物, 另外 两个键 与蛋白 质部分 的组氨 酸残基 和蛋氨 酸残基 相连, 所 以不能 连接别 的化合 

物。 细 胞色素 & 3 和 P 45 。的 铁原子 只形成 五个配 位键, 还 保^— 个空位 可以为 2 、 CO 和 
CN-等 结合。 氰 化物中 毒时, 细 胞色素 a 3 与 CN_ 结 合后便 不能传 递电子 使氧还 【原, 从而阻 
断了 H 2 和 能量的 生成, 机体 因不能 利用氧 而窒悬 死亡。 

细 胞色素 P 4M 可 参与微 粒体加 氧酶系 所催化 反应中 的电子 传递, 其作用 类似于 细胞色 
素氧 化酶, 能与 氧直接 反应, 是一种 终末氧 化酶。 

在呼吸 链中细 胞色素 只接受 CoQ 传来的 电子, 而将 质子游 离于环 境中, 通过其 辅基中 
的铁 化合价 的可逆 变化依 次传递 电子。 即电 子经细 胞色素 b— Cl — c— a*a 3 依次传 递, 最后由 
细胞色 素氧化 酶将电 子传递 给氧, 使氧 还原成 氧离子 (0 2 _), 0— 具有 较大的 活性, 可 与游离 
在 环境中 的质子 (2H+) 结合为 H 2 0。 

二、 体内 重要的 呼吸链 

线粒 体内重 要的呼 吸链有 两条, 即 NADH 氧化呼 吸链和 琥珀酸 氧化呼 吸链。 
1. NADH 氧化 呼吸链 NADH 氧化 呼吸链 是最主 要的呼 吸链。 人体内 大多数 代谢物 
(如 乳酸、 丙 酮酸、 苹果酸 及谷氨 酸等) 脱下 的氢, 均通过 此呼吸 链氧化 为水。 NADH 氧化 
呼吸 链是由 NAD+、 黄 素酶、 铁硫 蛋白、 辅酶 Q 和细胞 色素组 成的。 每 2H 通过 这条 呼吸链 
氧化 成水, 同时 释放出 能量以 供机体 活动的 需要。 组成此 呼吸链 的各种 传递体 的排列 顺序及 
其作 用见图 8-2。 




AH a 作 用物; (IV>S) 和 HOT 形成 £合« :的铁 ft 中化 P7*.«*6S 



图 &2 NADH 氧化 呼吸链 

由图 8-2 可以 看出, 代 谢物在 相应脱 氢酶的 催化下 脱氢, 其辅酶 NAD+ 接受氢 转变为 
NADH+H+。 NADH 又在 NADH 脱氢酶 作用下 脱氢, 其辅酶 FMN 接受 氢生成 FMNH 2 。 
FMNH 2 再将 2H 转给 CoQ, 生成 CoQH 2 。CoQH 2 中的 2H 分解成 2H+ 和 2e,2H+ 游 离于介 
质中, 而 2e 通过 一系 列细胞 色素的 传递, 最后交 给氧, 生成 氧离子 (0 2 _) 。然后 生成的 2 一 
与介 质中的 2H+ 结合 而成 H 2 0。 

至于 NADPH 大多 数在线 粒体外 生成, 主要参 与合成 代谢。 但线粒 体中也 可生成 少量的 
NADPH, 后 者在转 氢酶作 用下, 将 氢转给 NAD+, 然后 NADH 再 通过上 述呼吸 链进行 氧化, 

NADPH+NAD + i^^tNADP + + NADH 



一 184 — 

'二 



2. 琥珀 酸氧化 呼吸链 琥 珀酸氧 化呼吸 链由琥 珀酸脱 氢酶、 辅酶 Q 和细胞 色素所 组成。 
其 中琥珀 酸脱氢 酶复合 物含有 FAD、 铁硫蛋 白及另 一种细 胞色素 b, 后者与 CoQ 和 细胞色 
素(^ 之 间的细 胞色素 b 是不 同的。 该呼吸 链的组 成及作 用见图 8-3。 



FAD 
(F«- S) b 



FADH, 
(Fe-S)b 




CoQH, 



CoQ 



aCyt-Fe'* 




2Cyt - Fe" ' 、卞。 * 

(Fe~S) . 铁硫 中心; b. 號 S 酸脱 氢酶 复合体 中的细 胞色素 b 

图 8-3 琥珀 酸氧化 呼吸链 、 

以上呼 吸链与 NADH 氧 化呼吸 链的区 别在于 从琥珀 酸分子 中脱下 的氢原 子不经 NAD+ 
而直接 由琥珀 酸脱氢 酶复合 体传递 给辅酶 Q 。由 于缺少 NAD 这一 环节, 每 2H 经过此 呼吸链 
氧化 所释放 的能量 比经过 NADH 氧化 呼吸链 时少。 除琥珀 酸外, 线粒 体中尚 有其他 代谢, 0, 
如脂肪 酰辅酶 A 和 a- 磷酸甘 油等, 这类代 谢物的 脱氢酶 也属于 黄素酶 (用 FP 2 表示 ), 其辅 
基为 FAD。 它们 氧化过 程中所 脱下的 2H 均可 通过此 呼吸链 氧化。 

线粒 体两条 呼吸链 的传递 皆经过 CoQ, 因此 CoQ 成 为线粒 体中不 同作用 物氧化 时呼吸 
链的汇 合点。 现将线 粒体中 某些重 要作用 物氧化 时的呼 吸链总 结于图 8-4 

欤珀酸 

I 

FAD 




.矾 辛酸 



丙酮羧 
« — ^ 戊二^ 



图 8-4 线 粒体中 某些作 用物氧 化时的 呼吸链 



三、 呼吸链 成分排 列顺序 的研究 —— 氧 化还原 电位 

长期 以来人 们对呼 吸链各 传递体 的排列 顺序进 行了多 方面的 研究, 其中利 用电化 学原 理和技 术测定 各 
组分 标准氧 化还原 电位、 按电位 递增值 而确定 的排列 顺序, 是 较早且 具有代 表性的 方法. 在, 电化 学中, 常用 
标准氧 还电位 E' (V) 值来 表示还 原剂释 出电子 或氧化 剂获得 电子的 能力。 在 生物化 学中, 则结 合沐液 pH 
7.0 的 条件, 以 E" (V) 值来表 示氧化 还原剂 对电子 的亲 和力. E" 是指 成对的 氧化型 / 还原 型物质 (简称 



— 185 — 



氡 还对, 如 A/AH, 、 2 /H 2 等) 的 浓度为 lmol/L. 于 pH 7. 及 25 6 C 时组 成的半 电池, 以标 准氢电 极为参 
比电极 ( 〔H+〕 为 lmol/L 和 1 个大 气压的 H, 相平衡 ), 人为规 定为零 伏特, 所测 定的电 位值. 表 8-1 列入呼 

吸链 中各氧 还对的 E" 值。 

表 8-1 呼吸链 中各氧 还对的 



氧化 还原对 


E" (伏特 ) 


NAD + /NADH+H + 


— 0. 32 


FMN/FMNHa 


—0. 12 


FAD/FA DH 2 


— 0.06 


细胞& 素;) Fe +3 /Fe J + 


+ 0.07 


Q/QH 2 


( + 0. 04) 或 + 0. t 


细胞色 素(^ Fe ,+ /Fe :t 


+ 0.22 


细 胞色索 c Fe 5 VFe 2 + 


in 
o 


细胞色 容^ 3 Fe ,+ /Fe : + 


+ 0.29 


+0 2 /H 2 


+ 0.82 



根据氧 化还原 原理, E°' 值愈 低的氧 还对, 表 示其释 出电子 的倾向 愈大, 愈 容易成 为还原 剂而排 列于呼 
吸链的 前面, 其 后各氧 还对按 E" 值递增 而依次 排列. 如下式 (递 体下面 数字为 E" 值). 

NADH ~ >FMN ~ >FeS ~ >Q ~ >Cytb ~ >C t ~ >C ~ >aa 3 ~~ >0, 
-0.32 一 0.12 +0.1 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29 +0.82 

(或。 .04) 

上式 说明, 自 左至右 各电子 递体的 氧化能 力依次 增强, 即 2 的氧 化能力 最强, NADH 氧 化能力 最弱, 
也 可以说 NADH 的还 原能力 最强, 2 的还 原能力 最弱. 这 种按氧 化还原 能力所 排列的 顺序, 也表 示各递 
体反 应的依 次性, 即^ (化能 力强的 成分并 不越级 去氧化 距它较 远的还 原剂. 如 0, 并不 能直接 去氧化 NADH 
或 QH 2 , 而只能 氧化细 胞色素 a 3 。 • 

标准氧 化还原 电位从 低到髙 的排列 原则, 经 与线粒 体复合 物的提 取分析 和再造 实验, 以 及应用 抑制剂 
阻断 和光 ^5H 斤等的 研究相 比较, 结果能 够相互 印证, 说明上 述呼吸 链组成 成分的 排列顺 序基本 上是正 确的. 
但某 些环节 上还有 些具体 问题仍 需彻底 弄清, 如 铁硫中 心的结 构类型 和分布 位点, 细 胞色素 b 和辅酶 Q 的 
相互位 置等, 均有待 于进一 步研究 确定。 

第四节 能 量的释 k 、'转 换、 储存 和利用 

糖、 脂肪等 营养物 质作为 能源利 用时, 其 分子化 学潜能 必须通 过氧化 分解, 即生 物氧化 

过榀才 能释放 出来。 所释 出的能 鱟除约 50% 以 热的形 式散发 及小部 分在系 列 反应中 被消耗 
夕卜, 其余近 50% 的 能量最 终需要 转变为 ATP 才 能为生 命活动 作功。 在 生物体 系的能 量转换 
中, ATP 的产生 和利用 无疑是 处于中 心位置 ,但 其他 高能化 合物, 特别 是高能 磷酸化 合物也 

很 蜇要。 

一、 高 能磷酸 化合物 

在代 谢中 所出现 的有机 磷酸化 合物, 按 其所含 磷酸酯 键或酸 酐键的 稳定性 和水解 时释出 
能量 (kJ/mol 或 kcal/mol) 之 多少, 可将 其分为 两类: 一类 为一般 有机磷 酸酯, 如 cc- 瞵 
酸甘' to, G-6- P 和 3- 磷眩甘 油酸等 这类 化合物 磷鲛酯 键比较 稳定, 水解时 释出能 量约为 



9〜16kJ 或 2〜4kcal。 这 份能量 一般在 反应中 被消耗 或以热 能形式 散发, 不足 以成为 单位能 
量 (30.5kJ P《 T.3kcal) 以合成 ATP。 因 此将这 类化合 物称为 低能磷 酸化合 物或低 能化合 
-物。 另一 类如 ATP、 ADP、 磷 酸肌磷 (CP)、 1, 3 - 二磷酸 甘汕酸 (I, 3 - DPG)、 磷 酸烯醇 
式 丙酮酸 (PEP) 和氨基 甲酰磷 酸等所 含磷酸 酯键或 酸酐键 非常不 稳定, 在一 定条件 下水解 
所 释出能 量大于 30kJ (或〉 7kcal), 所以 称它们 为高能 磷酸化 合物。 此外, 还 有少量 高能硫 
酯化 合物, 如乙酰 CoA 和 琥珀酰 CoA 等。 

表 8-2 —些有 机磷酸 化合物 AG 。'值 

AG" 

化合物 





kcal/mol 


kJ/mol 


PEP 


-14.8 


— 61.9 


氨基 中酰^ 钹 


― 12. 3 


— 51.4 


1, 3-DPG 


— 11.8 


-49. 3 


磷 酸肌酸 


— 10. 3 


-43. 1 


ATP 


— 7.3 


— 30.5 


ADP 


— 6.6 


-27.6 


G-1-P 


-5.0 


— 20.9 


F-G-P 


-3.8 


— 15.9 


AMP 


-3.4 


-14.2 


G-6-P 


—3. 3 


— 13.8 


3- 谤 酸甘油 


-2.2 


— 9.2 



在表 8-2 中, ATP 的 Y- 磷 酸基水 解时的 AG° '值处 在中间 位置, 在其上 面的化 合物水 
解的 AG°' 值都比 它高, 故它们 可将〜 P 转给 ADP 产生 ATP, 如磷酸 烯醇丙 酮酸和 1, 3- 
二磷酸 甘油酸 的底物 水平磷 酸化就 是这种 转换的 形式。 而 ATP 下 面的化 合物, 如 G-6-P、 
F-6-P 和 3- 磷酸甘 油等都 是利用 ATP 的丫- 磷酸基 磷酸化 生成的 c 

ATP 也称 腺苷三 磷酸, 在三 个磷酸 基中, 与腺苷 核糖环 5' 碳以酯 键相连 接的一 个称为 
a- 磷 酸基, 其余 二个分 别称为 P 和丫磷 酸基。 a、 P、 Y 三个磷 酸基间 以两个 磷酸酐 键相结 
合, 它们水 解释出 的自由 能都在 7.3kcal 以上, 常 称其为 高能键 (Hghenergy bond), 以 

" 〜"表 示, 高能磷 酸键常 写成〜 P 或〜 ® 形式。 这 只是惯 用的一 种表达 方式, 与化学 上键能 
的概 念不尽 相符。 

二、 ATP 的生成 

体内 ATP 的 生成, 概 括起来 有两种 方式, 一种 是底物 水平磷 酸化, 另一 种是电 子传递 
水平磷 酸化, 亦称为 氧化磷 酸化。 
(一) 底 物水平 磷酸化 

在分解 代谢过 程中, 底物因 脱氢、 脱水等 作用使 能量在 分子内 部重新 分布, 形成 高能磷 
酸 酯键, 然 后再将 高能磷 酸基团 转移给 ADP 形成 ATP。 

例如, 3- 磷 酸甘油 醛脱氢 并磷酸 化生成 1,3- 二 磷酸甘 油酸, 在分子 中形成 一个高 能磺睃 
键, 在酶催 化下, 1, 3- 二 磷酸甘 油酸可 将此高 能磷酸 键转给 ADP, 生成 3- 磷酸甘 油酸与 
ATP。 即: 



— 187 — 



CHO N , + H,PO' NAD 2 H C00 〜p ADP ATP C0QH 

I \ 3- 碟酸甘 油薛 脱氢跪 / I \ / I 

CHOH < -V. / —— >CHOH —— ~ ^ ~~ ~ >CHOH 

I I 3- 磷 酸甘油 酸激酶 ! 

CH,OP CH,OP CI-I 2 OP 

3- 碟酸 甘油醛 1,3- 二磷酸 甘油酸 3- 磷酸 甘油酸 

又如 2- 磷酸甘 油酸脱 水生成 磷酸烯 醇式丙 酮酸时 也能在 分子内 部形成 一个高 能键, 然后 
再将其 转移给 ADP 形成 ATP。 即: 

? 00H COOH ADp ATp coQH 

CHOP H 2 CO〜p \ / I 

•C = 



CH 2 OH 烯 醇化酶 CH: 丙酮 酸激酶 

2- 磷酸 甘油鲛 磷酸 烯醇式 丙酮酸 丙^ 酸 

此外, a- 酮戊 二酸氧 化脱羧 生成的 琥珀酰 CoA 中的 g 能琉酯 键可以 转移给 GDP 生成 
GTP, 后者 再转给 ADP 生成 ATP。 即 

琥珀铣 C A+H 3 P0 4 + GDP ~ > 琥珀酸 + CoA + GTP 
GTP + ADP —— >GDP + ATP 

(二) 氧化 磷酸化 

在生物 氧化过 程中, 代谢 物脱下 的氢经 呼吸链 氧化生 成水的 同时, 释 放出能 量驱动 ADP 
磷酸 化生成 ATP。 这 种生物 氧化过 程释放 能量与 ADP 瞵酸 化截获 能量相 偶联的 作用, 称 

为 氧化磷 酸化。 



呼吸链 

底物 . 2H ~ > y 



ADP + H,PO«— ATP 

释放 



氧化 



磷酸化 



偶联 



自由能 (供 机体 生理 活动) 

在线 粒体内 膜进行 的氧化 磷酸化 过程, 是 需氧生 物生命 活动的 基础, 体内约 的 ATP 
是 通过这 种方式 生成的 

1. P/0 比 值及氧 化磷酸 化的偶 联部位 研究 氧化磷 酸化最 常用的 方法是 测定线 粒体或 
其 制剂的 P/0 比值。 P/0 比值是 指每消 耗一克 原子氧 所消耗 无机磷 的克原 子数。 由 于每两 
克原 子氢经 呼吸链 传递最 终与一 克原子 氧结合 成水, 其间 因伴有 ADP 的磷 酸化, 故消' 耗无 
机 磷鲛。 测定氧 和无机 磷的消 耗量即 可求出 P/0 比值。 某种 物质氧 化时, 毎用去 linol 氧 
所 消耗无 机磷的 mol 数, 即为该 物质的 P/0 比值。 也就是 其生成 ATP 的 mol 数。 

根 据不同 代谢物 参于呼 吸链的 P/0 比 值可大 致推导 出偶联 部位。 底物 脱下的 2H, 经 
NADH 氧化 呼吸链 氧化, 其 P/0«3, 即生成 3 分子 ATP; 经琥珀 酸氧化 呼吸链 氧化, 其 

即生成 2 分子 ATP。 因此第 一偶联 部位大 约位于 NADH— CoQ。 实验 证明, 
抗 坏血酸 能在细 胞色攀 c 的地 方引 入电子 到呼吸 链上, 且 P/OaI, 说明在 CoQ— 细 胞色素 



—88 一 



c 之 间有第 二偶联 部位, 在细 胞色素 之间 存在第 三偶联 部位。 

根 据电化 学计算 能量释 放结果 表明: 在 NADH— CoQ, 细 胞色素 b— c, aa 3 — 2 之间 
反应都 可释放 41.87U 以上的 能量, 这 些能量 足以使 ADP 磷酸 化生成 ATP 。这 一结 果与用 
P/0 比 值测得 的结果 相同。 因此在 NADH 氧 化呼吸 链中, 一对 电子由 NADH 传递到 0, 
的过 程中有 三个部 位形成 ATP, 这 三个部 位是: NAD— CoQ 之间。 细胞 色素 b— c 之间。 
细 胞色素 、 a 3 -^0, 之间。 现将氧 化磷酸 化偶联 部位总 结在图 8-5 中, 



FMN 

■ —-NAD 一 (cFe-S)) 



底物 (琥珀 酸等〉 
i 

FAD 
(Fe-S) 
i * 

— CoQ — b ―- Ci —― c -" — — aaj ~ "- 0, 



― 一. 一 - - ■■■'«■■— ■ | " 乂 、 - ' 國嘛 I J V. 

〜p 〜 p 〜p 



ADP- —ATP ADP -ATP ADP ~ -ATP 

图 8-5 氧化磷 酸化偶 联部位 示意图 
2. 影 响氧化 磷酸化 的因素 

(1) ADP、 磷酸 (Pi) 和 ATP 的调节 作用: ADP 和 Pi 的不 断供应 是保证 线粒休 ,、 

化磷 酸化正 常进行 的基本 条件。 线粒体 内膜上 有转运 腺苷酸 的特异 载体, 可将胞 液中的 ADP 
转 运到线 粒体基 质中, 或将 ATP 输出至 胞液, 胞液中 的磷酸 也可由 载体转 运到基 质中, 
可 促进腺 苷黢的 转运, 长 链脂肪 酰辅酶 A 则抑制 此转运 作用。 

当机 体利用 ATP 增 多时, ATP 浓度 下降, ADP 浓度 上升, 同时 ADP 和 Pi 迸入线 
粒体 增多, 导致 ADP+Pi/ATP 比值 升高, 即自 动加速 氧化磷 酸化的 进行。 这一 结杲使 
NADH 被 消耗, 而 NAD+ 增多, 从而促 进了三 羧酸循 环的过 程。 反之, 当机 体利用 ATP 
减 少时, ADP+Pi/ATP 的比 i 直降 低, 氧 化磷酸 化速度 减慢, 三羧 酸循环 延缓。 这 种调节 
作用 使体内 ATP 的生 成适应 生理的 需要。 

(2) 甲 状腺素 的调节 作用: 甲状 腺素能 诱导细 胞膜上 Na+、 K+- ATP 酶的 合成, 从而 
使 ATP 水解为 ADP 和 Pi 的速度 加決, ADP/ATP 的比值 升高, 导 致氧化 磷酸化 作用增 
强。 由于 ATP 的 合成和 分解均 增强, 机体 的耗氧 量和产 热量也 都随之 增加。 故甲状 腺机能 
亢 进的患 者常出 现基础 代谢率 增高, 怕热、 易 出汗等 症状。 

(3) 抑 制剂的 作用: 某 些药物 或 毒物可 通过抑 制呼吸 链的电 子传递 或解除 氧化辚 酸化的 
偶联等 作用, 抑 制氧化 磷酸化 反应的 进行。 主 要有: 

® 呼 吸链抑 制剂: 它们对 呼吸链 的某个 环节有 专一性 的抑制 作用。 如阿 米妥、 鱼 藤酮、 
大黄 酸和大 黄素等 能抑制 NADH 到 CoQ 之间 的电子 传递; 抗霉素 A 可阻断 CoQ 与 细胞色 
素 c 之间 的电子 转运; 氰 化物、 C0、 叠氮 化物和 硫化氢 可阻断 细胞色 素氧化 酶与分 子氧之 
间 的电子 传递。 CO 主 要作用 于还原 型细胞 色素氧 化酶, 而 CN- 作用于 氧化型 细胞色 素氧化 
^1. 呼吸链 抑制剂 的作用 部位可 用下图 表示: 



琥珀酸 



FP 2 
i 

NAD 一" >FP,— I —— >CoQ ~~ > b — II - ~ >C, ~ >C— aa s — |J ~ >O t 

阿米妥 鱼藤酮 抗霉素 A 化物、 CO、H 2 S 

CO 和氰化 物由于 抑制了 呼吸链 最后一 环节的 酶而使 生物氧 化作用 中断, 氧化磷 ^化无 
法 进行, 不 能形成 ATP。 此 时即使 组织细 胞有充 足的氧 也不能 利用, 造成组 织呼吸 停顿、 能 
源 断绝, 严 重时甚 至危及 生命。 

在 工业生 产中吸 入含氰 化物的 蒸气或 粉末, 或 误食大 量的苦 杏仁、 祧仁、 白果、 发芽马 
铃^、 卞 薯等, 都会引 起氰化 物中毒 e 临床上 抢救氰 化物中 毒时, 通常 使用亚 硝酸钠 和硫代 
^鲛钠 : 亚硝酸 钠可使 部分血 红蛋白 氧化为 高铁血 红蛋白 (Hb - Fe 3+ ), 后者与 氰化物 有较大 
的亲和 力, 能 结合成 氰化高 铁血红 蛋白, 而 使细胞 色素氧 化酶恢 复其递 电子的 功能。 硫代硫 
^钠 &与 CN-结 合成毒 性极小 的硫氰 化物, 而从尿 液排出 体外。 

② 解偶 联剂: 如 2, 4 一二 硝基酚 (DNP) 等, 它们并 不抑制 呼吸链 的电子 传递, 但能 
拆散 氧化与 磷酸化 的偶联 作用, 这类化 合物称 为解偶 联剂。 解偶 联剂使 呼吸链 释放的 能量不 
能形成 ATP。 ADP 的浓度 增加, 又刺 激了呼 吸链的 作用, 使耗氧 增加, 而物 质氧化 所释放 
的能 量大部 分以热 的形式 散失, 不 能为机 体有效 利用。 患某 些传染 性疾病 时体温 升高, 就是 
因 为细菌 或病毒 产生一 种解偶 联剂, 使生物 氧化释 放的能 量较多 地转变 为热的 形式, 而使体 
温 上升。 

三、 能量的 转移、 储存 和利用 - 

虽然细 胞内的 ATP 是能 量的直 接来源 及主要 的磷酸 载体, 但是 在某些 合成代 谢中, 需 
要其 (也三 磷酸' 核苷作 为供能 物质。 如 糖原合 成需要 UTP, 磷脂合 成需要 CTP, 蛋白 质合成 
需要 GTP。 这些三 磷酸核 苷分子 的高能 ^酸 键并不 是从物 质氧化 过程中 直接生 成的, 而是来 
源于 ATP。 也就是 说物质 氧化时 释放的 能量首 先合成 ATP, 然 后再由 ATP 将高能 磷酸键 
抟移给 其他二 磷酸核 苷生成 相应的 三磷酸 核苷, 从 而参与 合成多 种需要 的生物 分子。 

ATP + UDP ~ >ADP + UTP 
ATP + CDP ~ >ADP + CTP 
, ATP + GDP 一" >ADP + GTP 

ATP 水 解时所 释放的 能量, 除 供给生 理所需 要的能 量外, 还有一 部分能 量通过 高能键 
的方式 转给肌 酸以生 成磷酸 肌酸, 后者为 肌肉及 脑组织 中能量 的贮存 形式。 磷 酸肌酸 中所含 
的 高能磷 酸键不 能直接 利用, 当 机体消 耗 ATP 过 多而使 ADP 增 多时, 磷酸 肌酸把 髙能辚 
睃键 转移给 ADP 而生成 ATP, 再由 ATP 为生理 活动^ 供能 f c 这一 反应由 肌酸磷 酸激酶 
(CPK) 偕化, 可表 示为图 8-6。 

机体一 切生理 活动所 需要的 能量, 都是来 自供能 物^ (如 糖类、 脂 肪等) 的分解 代谢, 
叵 必 须首先 转换成 ATP 形式 才能被 利用。 ATP 分解成 ADP 时 释放的 自由能 可转换 成肌肉 
坆 缩的机 械能、 合 成代谢 物的化 学能、 神经 传导的 电能、 维持 体温的 热能、 主 动吸收 及排泄 
等各种 形式的 ^量。 总之, ATP 在体内 能量的 转移、 贮存 和利用 过程中 起苕重 要作用 。 现 

190 ―' 



.HH, 

C=NH 
\ 肌酸磷 酸激酶 

N— CH, + ATP r — ^ 

CH, 

COOH 
肌酸 (C) 



/ 
C=NH 

\ 



N— CH, + ADP 

CH 2 
COOH 



磷 酸肌酸 (C〜P) 

图 8-6 磷 酸肌酸 的生成 和利用 
将体内 能量的 转移、 贮存和 利用的 关系总 结如图 8-7。 




C-p 表 肌酸; C-P 代 表璘酸 肌酸; Pi 代 SfS» 

图 8-7 体内 能量的 转化、 贮存 和利用 

第五节 非线 粒体氧 化体系 

生 物氧化 过程主 要在细 胞的线 粒体内 进行, 但线粒 体外也 有其它 的氧化 系统, 其 中以微 
粒休 和过氧 化物酶 体最为 重要。 其 特点是 水的生 成不经 过呼吸 链电子 传递, 氧 化过程 也不伴 

有 ADP 的磷 酸化, 因此不 是产生 ATP 的 方式。 但非线 粒体氧 化体系 与过氧 化氢、 类固醇 
和儿茶 酚胺类 化合物 以及药 物和毒 物等的 代谢都 有密切 关系, 是生物 转化作 用的重 要场所 (与 
药物 代谢有 关的内 容见第 十四章 )。 

一、 微 粒体氧 化体系 

微粒体 中有一 种特殊 的氧化 酶系, 它所 催化的 反应都 是在底 物分子 中加入 一个氧 原子, 
因 此称为 单加氧 酶或羟 化酶。 由于催 I' 七反 应吋 氧分子 中一个 氧原子 进入底 物中, 而另 一个氧 
原 子还原 为水, 即一个 2 同时 起两种 作用, 故又 称此酶 为混合 功能氧 化酶。 其作用 机制比 
较 复杂, 但 总反应 可以表 示为- 

RH + NADPH + H + +0 2 塑 ROH + NADP++H 2 
该^ 系主 要由细 胞色素 P 45 。 (简 称为 P 45 。) 和一种 黄素酶 (P" 。还 原酶) 两部分 组成, 



101 " 



此 外还可 能有细 胞色素 b 5 。 在反应 过程中 黄素酶 利用辅 作用物 NADPH+H+ 还原 P 45fl , 而 
P«。 又具有 类似细 胞色素 a 3 的作 用, 能使氧 激活, 促使 一个氧 原子进 入底物 而完成 羟化过 
程, 同时氧 分子中 另一个 氧原子 被电子 还原, 并与介 质中的 H+ 结合 成水。 

微粒 体氧化 酶系主 要作用 于许多 脂溶性 药物或 毒物的 羟化, 羟化后 可以增 加作用 物水溶 
性 而利于 排泄。 但是, 它 与体内 正常代 谢物的 氧化也 有密切 关系。 例如: 肾上 腺皮质 激素与 
性 激素的 合成, "^^的 活化, 胆汁 酸以及 儿茶酚 胺类化 合物的 生成等 都必须 有单加 氧酶参 
与。 

二、 氧化酶 和需氧 脱氢酶 

体内 大多数 ^谢 物脱下 的氢通 过呼吸 链中间 传递体 (递 氢体 或递电 子体) 的 传递, 最终与 褎结合 成水. 
也就 是说, 在物质 氧化过 程中, 氧不是 直接受 氢体. 因此, 呼吸链 中的脱 氢酶也 称为不 需氧脱 氢酶. 

1. 氧化醃 氧化 酶能直 接利用 氧分子 作为受 氢体, 其反 应产物 是水. 细胞 色素氧 化酶和 抗坏血 酸氧化 
酶等就 属于这 类^。 氧化 酶的辅 基含有 铁或锏 等金属 离子. 辅基中 的金属 离子都 能反复 地进行 氧化还 
原 —— 接 受底物 中的电 子而被 还原, 同时 底物脱 下的质 子则游 离于环 境中, 金属 离子再 将接受 到的电 子传递 
给氧, 本 身又被 氧化。 氧接受 电子还 原成氧 离子, 再与环 境中游 离的质 子结合 成水。 氧化过 程可简 单地表 
示为- 

AH,+ 氧化酶 (2Cu") ―" >A + 氧化酶 (2Cu + ) +2H + 
氧化酶 (2C?) + +0,+2H + ~ > 氧化酶 (2Cn 2+ ) +H,0 

I 氧化酶 
总反应 AH,++0, >A+U t O 

2. 需氧 脱氢酶 需氧脱 1; 酶是 一类黄 素酶, 其 辅基为 FMN 或 FAD. 这 类酶能 利用氧 作为受 氢体, 反 
应产 物是过 氧化氢 (H,0,)。 在 生理条 件下, 涂 氧外不 能以其 他物质 作为受 氢体. 在 体外无 氧的实 验条件 
下, 需 氧脱氢 酶催化 的反应 也可以 用美蓝 (MB) 或 餛类作 为受氢 体进行 反应. 习惯上 有时将 需氧脱 氢酶不 
严格地 称为氧 化酶。 如 单胺氧 化酶. 黄 嘌呤氧 化酶、 D- 氨基 酸氧化 酶等. 



胺\ ,0 1 (MB) +H,0 



次 黄嘌呤 
(黄 嘌呤) 



H 息 + 0, 



^ m t 0i (MBH,) +NH, 黄嘌呤 * ^1,0, 

~ (尿酸 ) 

单胺 氧化酶 (含 FAD) 黄嘌呤 氧化酶 (含 FAD) 



三、 超 氧化物 歧化酶 
超氧 化物& 化酶 (Superoxide dismutase, SOD) 又 称过氧 化物歧 化酶, SOD 属于金 属酶, 按照结 
合的 金属离 子种类 不向, 该酶 有以下 三种: 含铜与 ^超 氧化物 歧化酶 (Cu、Zn— S0D)、 含锰 超氧化 物歧化 
61 (Mn-SOD) 和含铁 超氧化 物歧化 ^ (Fe— SOD). 三种 SOD 都 催化超 氡化物 阴离子 自由基 (CT〉 
歧化为 H,0, 与 0,. 

207+2H H.0.+0, 
目前人 们认为 自由基 (Free radical) 与某些 疾病以 及人体 的衰老 有关. 所谓自 由基就 是具有 未配对 
电子的 原子或 原子团 • 如超氧 化物阴 离子自 由基, 羟 自由基 (0H')、 氢 自由基 (H') 和甲基 自由基 (CH,') 

*- 102— " 



'等. 在细胞 内的线 粒体、 内 质网, 细 胞核、 质膜和 胞液中 都可以 产生自 由基. 自由 基非常 活泼' 反 应性极 
强, 通过一 系列的 连锁反 应能引 起生物 膜上的 脂质过 氧化, 从而破 坏膜的 结构与 功能, 它也 能引起 蛋白质 
变性和 交联, 使酶 及激素 失活, 机 体的免 疫能力 降低, 破 坏核酸 的结构 并导致 代谢异 常等, 因此, 自由基 
能促 使某些 疾病的 发生和 机体的 衰老. 细胞内 也存在 清除自 由基、 抑制 自由基 反应的 体系, 它们有 的属于 

抗氧化 酶类, 有的 属于抗 氧化剂 (如 维生素 E)„ SOD 是一 种主要 的抗氧 化酶, 它能清 除超氧 化物阴 离子自 
由基, 在防 御氧的 毒性、 抗辐射 损伤及 预防 衰老等 方面起 着重要 作用. 

四、 过氧 化氢酶 与过氧 化物酶 

人体 的某些 组织如 肝脏、 胃脏、 中 性粒细 胞和小 肠粘膜 细胞等 都含有 过氧化 物酶体 (即微 体)。 在过氧 
化 物酶体 中含有 多种产 生过氧 化氢的 需氧脱 氢酶, 以及分 解和利 用过氧 化氢的 酶类。 

1. 过 氧化氢 的产生 过氧化 物酶体 中含有 较多的 需氧脱 氢酶。 可 以催化 D- 氨 基酸、 次黄嘌 呤、 黄嘌 
呤 等化合 物脱氢 氧化, 生 成过氧 化氢。 例如: 

R — CH (NH,) CQOH+O t +H 2 D _ 氨基酸 氧化晦 ->RCOCOOH+H 2 0,+ NH 3 
D — 氣基酸 " 

超氧化 物阴离 子自由 基在超 氧化物 歧化酶 的催化 下歧化 而生成 H,0,, 或 自动歧 化产生 H a 2 和 单线态 

氧 CO.). 

SOD 

207 + 2H + ~~ >0 2 + H 2 2 
20J + 2H + ~ > 1 2 + H 2 2 
另外, 羟自由 基与羟 自由基 相互反 应以及 某些有 机化合 物的自 身氧化 也可生 成11 2 1 。 由此 可见, 细胞 
内 过氧化 氢的来 源较为 广泛, 并不 局限于 过氧化 酶体内 产生. 

2 . 过 氧化氢 的作用 及毒性 某些组 织产生 的 H 2 0, 具 有特定 的生理 意义。 例如 嗜中性 粒细胞 产生的 
H,0, 可 用于杀 死吞噬 进来的 细菌, 甲 状腺中 产生的 1^0 2 可 作用于 酪氨酸 的碘化 过程, 为合成 甲状腺 激素所 
必需. 然而, H,0: 对人体 也是有 毒的, 它具 有强烈 的氧化 作用, 能 氧化含 巯基的 酶和蛋 白质, 使之 丧失活 
性. 还 可以氧 化细胞 膜磷脂 中的不 饱和脂 肪酸进 而造成 生物膜 损伤。 如红 细胞膜 损伤后 易发生 溶血, 线粒 
体 膜损伤 后使氧 化磷酸 化不能 正常地 进行。 过去认 为这些 损&是 直接由 11,0 2 引 起的, 而 现在有 人认为 H,0, 
直 接引起 损伤的 可能性 较小, 它可能 是通过 形成 活性更 强的羟 自由基 (0H') 和单 线态氧 (10 2 ) 而 起损伤 
作 用的. H,0: 能被 过渡金 属元素 或超氧 化物阴 离子自 由基还 原产生 0H', 其反 应式为 

H z 2 +Fe 8+ +H + ~ >OH'+H 2 + Fe s+ 
H 2 2 +07+H + ~ >OH*+H 2 + 1 2 
OH 种氡化 能力很 强的自 由基. '0, 是 一种激 发态分 子氧, & 质比较 活浚, 两 者均能 使机体 内各种 
有机物 氧化, 造 成机体 损伤. 

3. 过氧^ 氢的 分解 过氧化 氢誨和 过氧化 物酶都 可以清 涂生物 体内的 h 4 o,, 避免 与 or 在决整 

合物作 用下产 生更具 毒性的 0H '. 

(0 过氧化 S 酶: 这种 酶是一 种含铁 卟啉的 结合蛋 白质。 在 体内它 存在于 红血球 及某些 组织细 胞的过 
氧化 物酶^ 中, 能催化 H,0 4 分解为 H,0 和 (^。 即: 

2H» (^ 过 氧化 氧晦 — 2H,0 + 0, 

过氧 化氢酶 化效 率高, 每分子 过氧化 氢酶在 O'C 时每分 钟可吏 2,640, 000 个分子 H,0, 分解, 所以一 般 
情况下 体内不 会因过 氧化氢 蓄积而 中毒. 

(2) 过氧化 物酶: 此酶 也是一 种含铁 卟啉的 结合蛋 白酶. 它催^ H,0, 直接 氧化酚 类与胺 类等有 的代 
谢物, 故 有双重 的保护 作用. 



— 193 — 



在 某些组 织细胞 内还有 一种含 硒的谷 胱甘肽 过氧化 物酶。 此酶可 使1^ 2 2 转变为 H,0 或使多 氧化物 (如 
ROOH) 还原 为无毒 的醇类 (ROH), 但 在催化 反应中 需要还 原型谷 胱甘肽 (G-SH) 作为供 氢体, 其反 
应式为 

H 2 2 + 2G—SH 谷腕甘 肤过氧 化物酶 — 2H:0 + GSSG 

R〇OH- UG— SH 谷胱甘 肽过氧 化物酶 — ROH+GSSG + H 2 
生 成的氧 化型谷 胱甘肽 (GSSG) 再在 谷胱甘 肽还原 酶的催 化下, 由 NADPH 供 氢重新 还原为 G — SH。 

第六节 中草 药对生 物氧化 的影响 

生物体 最基本 的特性 之一是 它们对 能量^ 需要。 人体所 需的能 量来源 于底物 水平磷 酸化, 和氧 化磷酸 
化而 以氧化 磷酸化 为主。 研究发 现某些 中药可 以通过 影响生 物氧化 而发挥 其治疗 作用。 有人 观察了 人参、 
当归、 黄 芪和五 味子四 种常用 中药和 复方生 脉液等 对鼠肝 线粒体 氧化磷 酸化的 作用。 结果 表明, 上 述四种 
单 味药均 能不同 程度地 降低线 粒体氧 耗量、 P/0 比值和 呼吸控 制率; 生脉 液能明 显地降 低氧化 磷殴化 的 ^ 
率, 并具有 解偶联 作用。 使 ATP 生 成受到 影响, 物质氧 化时释 放的能 量更多 以热能 的形式 散发, 上 述作用 
可能有 调节体 温和改 善外周 循环的 功效. 临床应 用也证 实了生 脉液有 改善外 周循环 和温煦 四肢的 疗效. 另 
外 有实验 显示, 黄连小 蘗碱能 抑制牛 心肌电 子传递 体系的 NADH 氧 化或琥 珀酸、 细 胞色素 c 的氧化 还原反 
应; 甘"^ 中的甘 草次酸 是氧化 磷酸化 的解偶 联剂。 



一 194 ― 



第九章 蛋白 质代谢 

蛋白质 是生命 的物质 基础, 没 有蛋白 质就不 可能有 生命。 不 仅因为 蛋白质 是构成 机体组 
织器官 的基本 成分, 更 重要的 是蛋白 质本身 能够不 断地进 行自我 更新。 人体内 的蛋白 质估计 

有 10 万 余种, 每 一种蛋 白质都 有一定 的分子 结构, 分布 在机体 的一定 部位, 执 行一定 的生理 

功能, 如 运动、 支持、 运输、 催化 及生长 繁殖等 作用, 无 不与蛋 白质有 密切的 关系。 

第一节 蛋白 质在人 体中的 重要性 

一、 与 记忆功 能和思 维能力 有关的 蛋白质 

高等动 物的记 忆功能 和人类 思维能 为是否 与脑组 织中的 特异蛋 白质, 如 S-100 蛋白、 14, 
2-2 蛋白、 14-3-3 蛋白、 胶质 纤维酸 性蛋白 (GFA)、 神 经髓鞘 蛋白、 突触蛋 白及结 合蛋白 
等 有关。 人们 正在探 索中。 

二、 铁传 递蛋白 (Transferrin, TF) 

是一 种结合 金属糖 蛋白, 其 功能不 仅是输 送铁, 尚有 抗感染 作用。 因铁离 子是一 些细菌 
生 长的必 需因素 之一, 而 铁传递 蛋白与 铁有很 强的结 合力, 夺 取细菌 生长的 条件, 从 而起到 
抑菌 抗感染 作用。 

三、 钙 调蛋白 (Calmodulin,CaM) 

是一种 能与钙 结合而 起调节 细胞功 能的蛋 白质, 在 真核细 胞中广 泛存在 。 与钙结 合后, 
CaM 发生构 型上的 变化, 成 为一些 酶的激 动剂。 再 与酶结 合时, 又 引起酶 的构型 改变, 使之 
由非活 性态转 变为活 性态。 CaM-Cii 2+ 成为 一些酶 作用时 必不可 缺少的 成份, 将钙离 子的信 
号转 为特异 的生化 反应。 其作用 的发现 使长达 百年的 钙离子 如何调 节细胞 功能, 在分 子水平 
上得到 解释。 

四 、 糖化 血红蛋 白 (Giycosylatedhemoglobin, GHb) 

是指经 糖化后 的血红 蛋白, 血红 蛋白的 P- 链氨 基末端 与葡萄 糖或其 他代谢 物以非 酶作用 
连结 而成。 经阳 离子交 换树脂 分离, 按 先后次 序依次 命名为 HbAi^HbAib^HbAiC^HbA^ 
及 HbA ie , 合称为 HbAi, 其中 HbA lC 为 糖化血 红蛋白 的主要 成分。 糖尿病 患者红 细胞中 
HbA t c 升高。 

GHb 的 含量能 反映近 二个月 内 血中糖 和血红 蛋白相 接触后 积累的 结果, 也 可反映 这一时 
期患 者血糖 浓度, 不受血 糖暂时 波动的 影响。 空 腹血糖 的测定 只能说 明瞬间 的血糖 高低, 
GHb 可作为 糖尿病 的诊断 及治疗 是否有 效的一 项较有 价值的 指标。 



― 195 — 



五. 干扰素 (IFN) 

干扰素 (IFN) 是由 干扰素 诱导剂 (如 病毒、 细菌、 立克氏 体以及 某些人 工合成 的化学 
物质) 作 用于活 细胞而 产生的 一类糖 蛋白。 分 子量为 2000〜4000。 是由 165 或 166 个氨基 
酸残基 组成的 多肽, 起干扰 作用。 人的干 扰素有 多种, 如 白细胞 干扰素 (cc-IFN), 它 们是由 
病 毒刺激 细胞力 生的, 是典 型的干 扰素。 还有由 T 淋巴细 胞与抗 原直接 接触后 所产生 的免疫 
干 扰素。 干扰 素的作 用无特 异性, 即任 何一种 诱导产 生的干 扰素, 可以抑 制多种 病毒的 增殖, 
是 一种广 谱抗毒 物质。 实 际上干 扰素本 身并无 抗病毒 作用, 而是 IFN 由宿主 细胞合 成释放 
出来, 又进入 邻近的 细胞, 剌激 该细胞 产生另 一类蛋 白质一 翻译抑 制蛋白 (TTP), 能抑制 
或干扰 病毒的 繁殖。 干 扰素还 具有抗 癌细胞 增殖的 活性, 证明 IFN 对 肿瘤细 胞的增 殖具有 
抑 制力, 已 用于乳 腺癌、 骨髓癌 的治疗 。 干 扰素治 疗一些 常见的 病毒性 疾病, 如 肝炎、 流感 
等 * 将 成为控 制病毒 和癌症 的重要 药物。 

六、 谷蛋白 

是 谷类作 物种子 蛋白质 的主要 成分, 其中 营养上 必需的 赖氨酸 含量为 3.5〜4.5%, 而小 
麦只含 2.1%, 所以 提高谷 物种子 谷蛋白 含量, 必将有 效地提 高谷物 的营养 价值, 以 满足人 
类 健康的 需要。 

综上 所述, 人们 必需从 外界摄 取足够 量的优 质蛋白 质才能 维持正 常的各 种生理 活动, 若 
摄取不 足则会 有损于 健康。 

第二节 氮平. 衡 

人 体进食 的氮量 与排出 氮量相 等谓氮 平衡。 食物 中含氣 物质主 要是蛋 白质, 一般 蛋白质 
分子 中含氮 量约为 16%, 所以食 物中氮 的含量 可以反 映食物 中蛋白 质的量 e 从 体内排 出的含 
氮终产 物主要 是蛋白 质分解 的代谢 产物, 故排出 的氮量 也可以 反映体 内蛋白 质的分 解量。 体 
内的 蛋白质 不断地 合成与 分解, 蛋 白质分 子每时 每刻地 都在更 新它们 的组成 部分, 维 持着动 
态 平衡。 人体 蛋白质 的动态 平衡, 可 以用氮 的平衡 情况来 表示, 根据蛋 白质在 体内的 代谢情 
况, 氣平衡 有下述 三种: 

一、 氮 总平衡 

如 由消化 道吸收 的氮量 (食物 中含的 氮量减 去粪便 排出的 氮量) 与尿 中排出 的氮量 相等, 
即食 进的氮 量大致 与排出 的氮量 相等时 称氮总 平衡。 正常成 年人, 每日 从食物 中摄取 的蛋白 
质, 主要 是用来 维持机 体组织 蛋白的 更新及 修补。 当 食物中 蛋白质 供应适 宜时, 其氮 的摄入 
量与 排出量 相等, 表示休 内蛋白 质的合 成与分 解的量 相等。 . 

二、 氮 正平衡 

若尿中 排出氮 量少于 吸收的 氣量, 即摄 取的氮 量大于 排出的 氮量时 称氮正 平衡- 表明体 

内蛋 白质的 合成占 优势, 如 孕妇、 生 长中的 儿童、 哺乳期 的妇女 及病后 恢复期 或伤口 愈合期 
均厲 于这种 情况。 儿童 处于生 长期, 组织 器官在 不断 增长, 每日 需要供 给大量 食物蛋 白质以 



— 196 — 



满足机 体生长 所需蛋 白质。 孕 妇与初 愈病人 不断地 在体内 生长新 组织, 其食进 的蛋白 质必有 
—部分 变成新 组织而 存在于 体内。 故当 食物中 蛋白质 供应适 宜时, 其^ 的食进 量必大 于排出 
量, 其相 差部分 的氮, 以组织 蛋白质 的形式 留存在 体内。 

^ :; 三、 氣 负平衡 ^^S^^S8^i^^:^ii^= T 工二 
若尿中 排出的 氮量多 于吸收 氮量, 即食进 的氮量 小于排 出的氮 量时, 称氮负 平衡。 它表 
明体内 蛋白质 分解占 优势, 其结 果表现 为体重 减轻, 逐渐 消瘦, 如广泛 的组织 损伤、 放射线 
损伤及 患消耗 性疾病 (肿 瘤、 结核等 )。 受 损伤部 位的组 织器官 中的组 织蛋白 质大量 分解, 合 
成的 蛋白质 不足以 弥补。 饥饿者 由于能 量供应 不足, 机 体将组 织蛋白 质分解 来供应 能量。 即 
使其 所得食 物中的 蛋白质 已够正 常人所 需量, 但其 体内仍 是蛋白 质的分 解大于 合成, 即排出 
的氮 量大于 食进的 氮量。 '」 

第三节 必需氨 基酸与 非必需 氨基酸 

组成蛋 白质的 氨基酸 有二十 余种, 在这 二十余 种氨基 酸中, 体 内只能 合成一 部分, 其余 
则体 内不能 合成, 或 合成速 度不足 以满足 体内的 需要。 体 内不能 合成或 合成速 度太慢 的氨基 
酸 都必须 由食物 蛋白质 供给, 所以 称为" 必 需氨基 酸"。 体 内能自 己合成 的氨基 酸则不 必由食 
物 蛋白质 供给, 故称为 - 非必需 氨基酸 "。 所谓非 必需氨 基酸, 并非合 成体内 蛋白质 时不需 

要, 而 是体内 自己能 合成, 所以 不必由 食物蛋 白供给 e 各 种食物 蛋白质 因其所 含的必 需氨基 
酸在 种类上 及数量 上常不 相同, 它们 的营养 价值也 有高低 之分。 对人体 必需的 有八种 必需氨 
基酸, 即赖 氨酸、 色 氨酸、 苯丙 氨酸、 蛋 氨酸、 苏 氨酸、 亮 氨酸、 缬氨酸 及异亮 氨酸。 必需 
氨基 酸每日 最低需 量见表 9-1。 ^ 



表 9-1 成人、 嬰儿、 儿 童营养 必需氨 基酸每 日最低 需要量 mg/kg (体重 ) 



必^ 氨基酸 


成 人 


婴 几 


儿 童 


异 亮氮酸 


10 


70 


30 


亮 S 酸 


14 


161 


45 


苯丙^ 酸 (含酪 g 酸) 


14 


125 


27 


教贫酸 


12 


103 


60 


蛋氣铰 (胱 気酸) 


13 


58 


27 


苏氨酸 




87 


35 


色贫酸 


35 


17 




缬贫酸 


10 


93 


33 



* 一、 赖氨酸 

我国 古代学 者早就 注意到 摄食菌 类可以 提髙脑 细胞的 功能, 《神 农本 草经》 就有腋 饵菌 类可以 • 增 智 

意"、 -益智 开心" 的 记载. 据 分折, 冬菇, 平茹. 草菇. 口磨均 含有丰 富的必 需氨基 酸一赖 氨酸. 毎 100 g 干 

一 197 — 



茹中, 大约含 l〜2g 赖 氨酸, 每天 如摄取 25〜50g 干茹, 就能达 到强化 食品的 要求. 适当增 加菇类 食品的 
摄 入量, 对促进 儿童智 力发展 有利, 值得 提倡. 

赖氨 酸的作 用不仅 仅在于 合成蛋 白质, 提 高蛋白 质的利 用率. 促 进食欤 及消化 能力。 对 婴儿和 少年儿 
童 的生长 有益, 并 能提高 对钙的 吸收, 加 速骨駱 生长。 因此, 日 本有关 部门对 11〜12 岁的学 生供应 赖氨酸 
强 化面包 (每 天加入 0.5 g 赖氨酸 ), 一年 后检查 证明, 食者 体重、 身高、 智力均 高于未 食者. 故普遍 提倡把 
赖氨酸 作为学 龄儿童 的强化 食品添 加剂。 但 过量食 用赖氨 酸强化 食品可 产生副 作用. 用赖氨 酸强化 的食品 
如无精 氨酸的 "配 合", 可 以导致 食欲减 退, 生 殖能力 下降, 抗病力 减弱, 进而引 起氣负 平衡。 经研究 证明, 
赖氨酸 和精氨 酸于细 胞膜转 运时是 由同一 载体承 担进出 于细胞 膜的, 又 因高浓 度的赖 氨酸能 诱导精 氨酸酶 
活性 增加, 而促 使精氨 酸分解 加快, 造 成细胞 内精氨 酸供应 不足, 致使氨 基酸代 谢失去 平衡. 因此, 目前 
又出 现精氨 酸强化 的各种 制品. 但是, 如果经 常食用 动物性 蛋白, 因其含 有上述 两种氨 基酸, 则无 需食用 
强化 食品. 

二、 组氨酸 

人 体可以 合成一 部分组 氨酸, ^ 因合 成数量 有限, 对婴儿 和幼小 动物来 说又是 必需氨 基酸, 所以 将组氨 
酸 归为半 必需氨 基酸. 

最 近有大 量的研 究材料 证明, 成年 人和成 年动物 每天应 由食物 补充一 定量的 组氨酸 (人 约每天 2mg/kg) 
才能 维持氮 平衡。 所以, 提出组 氨酸是 必需氨 基酸, 由一些 实验均 证明, 长期 (2 个月 左右) 缺乏组 氨酸, 
可出 现氮负 平衡. 血浆 蛋白质 降低. 贫血、 肌肉 和血浆 中组氨 酸水平 下降, 血 浆铜、 锌及体 重均低 于正常 
水平. 补 充组氨 酸后, 上 述症状 均能恢 复正常 水平。 过去 长期将 组氨酸 归为非 必需氨 基酸, 因当时 用人和 
动 物实验 的时间 较短, 短期实 验对其 它必需 氨基酸 可以得 到正确 结论, 但对组 氨酸却 不能, 因为机 体有维 
持组 氨酸代 谢池相 对稳定 的代谢 机制, 故组氨 酸代谢 池变化 不大, 只有 较长时 间缺乏 组氨酸 才能影 响组氨 
酸代 谢池的 改变, 出 现组氨 酸缺乏 症状。 机体短 时间缺 乏组氨 酸时, 可 通过减 少代谢 池中组 氨酸的 消耗及 
组氮酸 内源性 补充, 来 维持组 氨酸代 谢池. 的 平衡。 

正常情 况下, 肾脏含 有丰富 的肌肽 (L- 组 氨酸和 丙氨酸 构戍的 二肽) 酶, 可分解 肌肽, 生成 组氨酸 
和 P- 丙氨' 酸, 故它 是机体 内重要 的内源 性氨基 酸供给 器官. 肾 功能衰 竭时, 肾 脏对上 述功能 降低, 甚至完 
全 丧失. 所以, 慢 性肾功 能衰竭 病人血 浆组氨 酸水平 降低, 急性 尿毒症 病人血 浆组氨 酸水平 亦明显 降低, 
在 治疗中 应注意 补充组 氨酸. 

* 三、 动物性 蛋白及 植物性 蛋白质 

动物 性蛋白 质无论 对人体 的发育 或成长 均极为 重要. 按生 物生长 发育的 规律, 愈是 早期, 对蛋 白质的 
质 量要求 愈高, 在人的 一生中 婴幼儿 时期发 育速度 最快, 而脑 又是此 阶段发 育最快 的器官 之一. 据 脑科学 
界比 较新的 估计, 人有一 千亿以 上的脑 细胞, 这些 脑细胞 自开始 分裂, 至出 生后六 个月基 本结束 (有 些可 
延缓 至一年 ). 以后, 一 生中脑 细胞只 有不断 死亡. 没有 增生. 所以, 脑细胞 分裂的 多寡、 直 接影响 人的智 
力 高低。 在 胎儿期 靠母体 血液中 的蛋白 质营养 大脑. 出 生后在 哺乳期 靠乳汁 的蛋白 质及其 他营养 物质, 以 
保证婴 儿脑细 胞充分 分裂. 对 智力发 育不全 的婴儿 的研究 发现. 婴儿蛋 白质不 足是智 力发育 不全的 主要原 
因。 应提倡 妇女在 妊娠期 间及授 乳期补 食髙质 量的蛋 白质是 十分重 要的. 

古今中 外的医 学书籍 中将黄 豆列为 能使人 类长寿 的首要 食品. 明 代李时 珍认为 " 服食 大豆令 人长肌 

肤, 益 颜色、 填 骨髓, 加 气力, 补虚能 食"。 在 豆类制 品中最 好的是 豆腐。 豆腐能 "宽中 益气、 和 脾胃, 消 
胀满, 下 大肠浊 气". 大 豆蛋白 质中, 8 种 人体必 需氨基 酸的含 量超过 大米、 小麦、 玉 米中必 需氨基 酸含量 
的 总和. 在动物 性蛋白 质不充 足的情 况下可 用大豆 代替, 但其 蛋白质 生物学 价值低 于鱼、 肉、 鸡蛋. 大豆 
中所含 的铁、 钙、 磷和 维生素 之多, 更是谷 类食物 无法比 拟的。 

豆浆不 但营养 丰富, 也 是老少 皆宜十 分经济 的健康 饮料. 豆 浆中皂 角苷具 有减肥 作用, 它既可 抑制脂 



― 198 — 



肪的 合成, 又能 促进其 分解, 使 其排出 体外. 皂角苷 还具^ 活血 作用, 使微血 ^以及 末稍血 浆循环 得以改 

善, 所含的 维生素 E 具有 清除过 氧化脂 质的作 用. 所 含必需 氨基酸 也髙干 牛奶和 人奶, 而且 不含胆 固醇, 
而 饱和脂 肪酸含 IS 也 较低. 见表 9-2、 表 9-3. 



表 9-2 豆浆、 牛奶、 人奶 的成分 



成分 * 


能量 


水分 


里白质 


脂肪 


糖分 


灰分 




辑 


铁 


维生素 


种类 


(毫克 ) 


(毫米 ) 


(毫米 ) 


B, 


B, 


E 


豆浆 


61 


87. 9 


3.2 


3.6 


4.8 


0.5 


31 


44 


1.2 


0.07 


0.02 


4.4 




























牛奶 


58 


88. 7 


2.9 


3.2 


4.5 


0. 7 


100 


90 


0. 1 


0.04 


0. 15 




人奶 


61 


88. 2 


1.4 


3. 1 




0.2 


32 


25 


0.2 


0.01 


0. 03 





表 9-3 豆浆、 牛奶、 人 奶的脂 类合量 



、 成分 % 

种 类 


饱和 脂肪酸 


不泡和 脂肪酸 


胆固 5? (毫克 ) 


豆浆 


0.8~0.96 


1.04~1.20 





牛奶 


1.98~2.31 


0.99~1. 32 


• 9. 24~9. 9 


人奶 


1.71 


1.39 


9. 3~18.6 



第四节 食 物中蛋 白质营 养价值 的估量 及其互 补作用 

'评定 蛋白质 的营养 价值, 首先要 考虑食 物中蛋 白质的 含量, 及其中 必需氨 基酸的 含量。 
在 估量蛋 白质的 营养价 值时, 还 要注意 蛋白质 在机体 消化酶 的作用 下被分 解的程 度及其 

被机体 利用的 程度。 食物 蛋白质 在体内 的利用 率称为 蛋白质 的生物 学价值 (Biological Va- 
lue; BV), 或 称生理 价值。 、、 ' 

蛋白 质的生 理价值 = f ^fl-xioo 
氮 吸收量 

蛋 白质营 养价值 的根本 问题是 食入的 蛋白质 是否为 机体所 利用, 其 质与量 是否适 合于人 
体 各项生 命活动 的需要 k 各 种食物 蛋白质 的生理 价值, 即 指留在 体内蛋 白质占 食物中 被吸收 

的 蛋白质 量的百 分率, 即 蛋白质 的生理 价值, 如鸡蛋 蛋白质 94% 被机体 所利用 ,各种 食物蛋 



表 9 - 4 几种食 物蛋白 质的生 理价值 



鸡蛋 蛋白质 


94 


熟大豆 


64 


脱 脂牛奶 


85 


扁豆 


72 


鱼 


83 


蚕豆 


53 


牛肉 


76 


白菜 


76 


猪肉 


74 


花生 


59 


白面粉 


52 


红^ 


72 



― 199 一 



白质的 生理价 值见表 9-14。 

从上表 可知, 动物 性蛋白 质的生 理价值 髙于植 物性蛋 白质。 从表 9-5 也可以 看出瘦 牛肉、 
全鸡蛋 的蛋白 质中含 有所有 人体所 需要的 必需氨 基酸, 在 含量上 可能较 好的满 足人体 所需。 
而组成 各种植 物性蛋 白质的 必需氨 基酸种 类也较 齐全, 但 其中可 能有一 种或几 种在数 量上不 
足 (如 小麦面 赖氨酸 不足, 黄豆缺 少蛋氨 酸); 有些植 物蛋白 质较难 消化, 故植物 性蛋白 质的生 
理 价值低 于动物 性蛋 白质。 几种 主要食 物蛋白 质的必 需氨基 酸的含 量见表 9 - 5 。 



表 9-5 几种 主要食 物蛋白 质的必 需氨基 酸模式 (g/lOOg 蛋 白质) 



奴甚賴 ' 




/K 7B 


玉 米 


黄 豆 


癍牛由 


全 X|9 


异 &氮酸 


3.5 


3.6 


3.3 


4.2 


4.0 


5.0 


亮氨酸 


8.4 


7. 1 


15.2 


9.6 




9.t 


赖氨 S3 


3.5 


2.4 


3.7 


6.0 


7.6 


5.6 


蛋氮^ 


1.7 


1.4 


1.8 


1. 1 




3.4 


胱氨酸 


2.2 


2.5 


2.4 


1.6 


1. 1 


S.O 


苏氨铵 


3.8 


3. 1 




4.3 


4.9 


5.2 


色氨钹 


1.7 


1.1 


0.8 


1.2 


1. 1 


1.8 


锞^ 酸 


5.4 


4.2 


5.0 


4.8 


5.5 


6.8 


苯 丙^^ 




4.5 


5.0 


4.8 


3.7 


5.6 


酪氨^ 


4.0 


3.8 


3.8 


3.2 


3.8 


4.0 



植物 蛋白质 因其所 含氨基 酸的种 类和比 例与人 体的需 要不相 近似, 所以营 养价值 较低于 
动物蛋 白质。 但植物 蛋白质 却能互 相补充 其必需 氨基酸 而提高 其营养 价值。 即 单独食 用亘类 
或 谷类, 它们蛋 白质的 营养价 值都不 够高, 如把它 们混合 起来, 就能提 高这些 蛋白质 的营养 
价值。 把几 种营养 价值较 低的蛋 白质, 经混 合食用 以后使 营养价 值提高 的作用 称为不 同蛋白 
质 的互补 作用。 例如, 由 玉米、 小米 及大豆 三种植 物蛋白 质混合 组成的 膳食, 其营养 价值髙 
于 牛肉。 这是 囟为各 种蛋白 质可以 互相补 充它们 各自缺 乏或含 量少的 必需氨 基酸, 从 而提高 
它们 的营养 价值。 我国劳 动人民 历来有 吃混合 食物的 习惯, 现在 看来, 是利用 植物蛋 白质的 
互补 作用来 改善营 养的。 

谷物 蛋白中 缺少赖 氨酸, 大 亘蛋白 中却很 丰富。 因而, 大豆 蛋白与 玉米、 小麦等 谷物掺 



表 9 - 6 蛋 白质的 生理价 值及互 补作用 



食 品 


含量 % 


生 




价 


值 


单 独食用 






混合 ^用 


玉米 




40 


60 








小米 




40 


57 






73 


大豆 




20 


64 








小麦 




55 


67 








小米 




25 


57 








大豆 




10 


64 






89 


牛肉 




10 


69 









— 200 一 



合做成 食品, 可以提 高食品 的营养 价值, 见表 

大豆 蛋白不 含有胆 固醇, 可以预 防心血 管病, 因此, 它 比动物 蛋白更 具有独 特性。 , 

第五节 关于 蛋白质 需要量 

健康成 人蛋^ i 质只 需要维 持量。 但儿 童除需 要维持 量外, 还 要增加 生长需 要量。 而伤病 
员也 要考虑 修补组 织需 要量。 关于人 类对蛋 白质的 需要量 问题, 一直有 争议。 目前认 为需要 
量 如下: 食 用混合 ^食 时, 蛋白质 需要量 为每公 斤体蜇 0.67g (0.58〜0.77S); 如 长期食 
用动植 物混合 膳食时 , 别 毎公斤 体重为 1.05S (O.S3〜1.16g ); 若 以鱼、 ^、 牛肉、 奶制 
品为蛋 白质来 源时, 每 公斤体 重需要 0.64g (0.56〜0.78g); 另加上 25% 的 安全系 数以照 
顾各种 情况, 则成 年人每 公斤体 重的需 要量为 0.75g, 该 数值仍 不适用 以混合 蛋白为 主食的 
地区。 无疑, 提高 蛋白质 的质量 蛋 白质需 要量可 相对降 低些。 反之, 则要 提高摄 入量。 

根据 FAO/WHO 的 资料, 有的国 家以本 国的情 况把必 需丟失 氮量定 为每日 58iBgN/k S 。 
再考 虑到利 用率、 安全率 及其它 因素, 折合成 鸡蛋白 氮需要 量时, 则 为每日 189mg N/kg, 
如换 算成蛋 白质时 即每日 189X 6.25=1. 18g/kg 。上 述数值 适用于 20〜69 岁 男女。 例 如男性 
体重为 62.0kg 再乘以 该值, 此 男性每 日蛋白 质的需 要量为 73g 。考 虑蛋白 质需要 量时, 尚 
应注 意膳食 供热的 情况。 

第六节 关于 氨基酸 溶液补 给问题 

全血、 血浆、 清 蛋白、 蛋 白质水 解液和 氨基酸 混合液 都可以 用于静 脉输注 以补充 体内蛋 

白质的 不足, 但氨基 酸混合 液是比 较更适 用于临 床的静 脉营养 液体。 因为, 大量 输血 容易发 
生并 发症, 以 输全血 的方式 来补充 蛋白质 既不经 济又不 安全, 除 非在特 殊情况 (如大 失血) 
之外, 无需 采用。 静 脉注射 清蛋白 之后, 50〜70% 进 入组织 间隙, 半衰 期约为 20 天, 故以清 
蛋白 作为补 充人体 的组织 蛋白质 的来源 其效果 不高, 只能用 于低蛋 白血症 (如肝 硬变) 。蛋白 
质 水解液 (常 用酪蛋 白水解 液或纤 维蛋白 水解液 ), 因其 系用酸 水解, 色 氨酸被 破坏, 须另行 
添 加之。 如用酶 水解, 注意 热原, 应给予 去除, 水解蛋 白含有 较多的 多肽、 铵^: 与可^ 定酸 
(鲛 水解时 ), 但 其疗效 尚可, 成本也 较低, 对 氨基酸 混合液 (静脉 注射) 应注 意氨基 酸的种 
类及其 比例, 混合 液的氨 基酸组 成必须 能促进 组织器 官及蛋 白质的 合成。 成人 处于基 础热能 
需 要时, 至少 每日需 氨基酸 /kg, 如 70k S 体重 的成年 人需要 氨 基酸。 嬰 儿手术 
后, 需 静脉每 日钋充 氨基酸 3〜4g/kg, 才能获 得满意 的生长 和正氣 平衡。 其混 合液必 须含有 
8 种必 需氨 基鲛, 并为 L 型。 结晶 氨基鲛 混合液 是按一 定比例 (也 包括非 必需氨 基鲛) 而制 
成。 我国 已有由 10 种 氨基酸 组成的 9.12% 氨 基酸注 射液。 值得 注意的 是, 进行过 氨基^ 输 
浪的 病人, 如伤口 愈合和 身体恢 复不够 理想, 可能与 所用的 氨基酸 混合液 中精氨 鲛浓度 偏低 
有关。 一 般氨基 酸混合 液中精 氨酸的 含量在 0.3〜0.6%, 但 此种浓 度不能 满足 待殊情 况下机 
体的 ^,。 要使精 氨酸充 分发挥 作用, 一些学 者提出 输浓时 精氨鲛 不低于 1% 或^ 高 一些为 
宜。 ^基 酸混合 液的组 成见表 9-7 s 



表 9-7 卵 蛋白和 氨基^ 混合饺 的组戍 氮中 氨基酸 克数) 



氨 "S m 


7f. T 1 TT 


Amlnoso 

Pt /JN. Fr <r< 

(瑞典 ) 1 


Aminofusin ' 
L-Reihe 

(西德 ) 1 


Freamine 

(美国 ) i 


- 

• 


782 型 
(中国 ) 


异亮氮 ^ 


6.6 


6.5 


3. 3 




8. 1 


6.7 


亮氨酸 


8.8 


11.4 


4.6 


9.9 j 12.?. 


15. 3 


赖氮酸 


6.4 


10. 1 


4.2 1 7-9 j 18.7 


21.8 


姆 


10.0 


7. 5 


4.6 


6. I 


11.7 


10.6 


苯 丙氨绂 


15.8 


6.4 


4.6 


1 


10.6 




4.2 


M i ― 


― ! - 
i 


― 


含硫^ 基酸 5.5 


5.5 


4.4 


6.0 


8.3 


8.7 


蛋氨酸 


3. 1 


3.7 ' 


4.4 


5.8 J r=i.^ 


8.7 


半胱- 胱氨酸 


2.4 


1.8 








苏 U 酸 


5. 1 


5 


2. 1 




! 8.6 


6.6 


色氨酸 


1 - 


i u& 


1.0 


i 1 了一 


3.7 


2.2 


银氨酸 


7. 3 


8.7 


1 3 ' 2 


7.2 


7.8 


1 7.5 



第 七节、 蛋 白质的 消化和 腐败及 氨基酸 的吸收 
一、 蛋白质 的消化 ' 

唾 液中没 有消化 蛋白质 的酶, 蛋白 质的消 化是在 胃中开 始的。 ..一 

1. 胃中 的消化 胃 粘膜细 胞刚分 泌出的 胃蛋白 酶原, 必须经 过胃液 中盐酸 的激活 及胃蛋 
白酶的 自我数 活作用 才能转 变成为 具有催 化活性 的胃蛋 白酶。 胃 液中的 盐酸又 给予胃 蛋白酶 

适 合的酸 性环境 (胃 蛋白 酶最适 pH 为 1.5〜2.5, 成人 胃液的 pH 为 1. 3 〜 2 . 5 ), 因 而有利 
于食 物中蛋 白质在 胃内的 消化。 

胃蛋 白酶是 肽链内 切酶, 大多数 蛋白质 皆可被 水解, 对水 解的肽 键有特 异性, 主 要水解 
由苯丙 氨酸、 酪氨 酸等芳 香族氨 基酸的 羧基所 形成的 肽键。 水解成 多肽、 寡肽及 少量氨 基酸。 
蛋白质 在胃中 的消化 是不完 全的。 

2. 肠中 的消化 胰液中 含有丰 富的消 化酶, 蛋 白质的 消化主 要依靠 胰蛋白 水解酶 来完成 

的。 

肠液中 的蛋白 质水解 酶基本 上为两 大类: 肽链内 切酶和 肽链外 切酶。 内 酶可以 水解蛋 
白质肽 链内部 的一些 肽键。 外 切海主 要有羧 基肽酶 A 和羧 基肽酶 B。 

肠液 中蛋白 质水解 酶的特 异性。 
胰蛋 白酶是 肽链内 切酶, 主要 水解赖 氨酸、 精 氨酸等 碱性氨 基酸的 羧基所 形成的 肽键。 
胰糜蛋 白酶为 肽链内 切酶, 主要水 解苯丙 氨酸、 色氨 酸等^ 基所 形成的 肽键。 

^基 肽酶 A, 主要水 解中性 氨基酸 残基组 成的羧 基末端 肽 ^。 

羧 基肽鸪 B, 主要水 解由赖 氨酸、 精 氨酸等 碱性氨 基酸残 S 组成的 羧基末 端肽键 , ' 



— 202 ― 



蛋白质 经胰蛋 白酶、 糜蛋 白酶及 弹性蛋 白酶作 用后, 产生少 量氨基 ^及 寡肽, 后 者进一 
步 被羧基 呔酶水 解成氨 基酸。 

胰 腺细胞 分泌出 来的各 种蛋白 质水解 酶最初 都是无 活性的 酶原, 经过激 活才有 活性, 在 
激活过 程中肠 激酶起 着重要 作用。 

肠激 酶主要 存在于 小肠上 皮细胞 紋状缘 表面, 在 胆汁作 用下, 可 大量释 放到肠 液中。 肠 
激酶对 胰蛋白 酶原进 行局部 水解, 释出 其氨基 末端的 六肽, 使 其活化 为胰蛋 白酶。 在 人体胰 
蛋白 酶对胰 蛋白酶 原的 自身激 活作用 很弱, 但 能激活 糜蛋白 酶原、 弹性 蛋白酶 原及羧 基肽酶 
原, 

胰液 中的蛋 白水解 酶最初 均以酶 原形成 存在, 同时, 胰腺中 还存在 胰蛋白 酶的抑 制剂, 
这对保 护胰脏 组织, 免 受蛋白 酶作用 有着重 要生理 意义。 

胰蛋白 水解酶 水解蛋 白质所 得到的 产物中 % 为氨基 酸, 其余 %为 寡肽。 肠 内消化 液中水 
解寡 肽的酶 极少, 但在 肠粘膜 细胞的 纹状缘 中含有 一些寡 肽酶, 能 从肽键 的氨基 末端或 羧基末 
端逐 步水解 肽键, 分别称 为氨基 肽酶或 铰基 肽酶。 这两 种酶各 作用于 肽链的 一端, 经 反复作 
用后, 氨基 酸从肽 链的两 端逐一 脱落, 最终成 为二肽 。二肽 再经肠 粘膜细 胞中二 肽酶的 作用, 

完 全水解 成为氨 基黢。 蛋 白质的 消化和 吸收总 结见表 9-8、 图 9-1。 



«食 蛋白质 



蛋白 质碎片 



咀嚼 



攀鲁 a 拳 ■» 
攀»» 攀參書 



胰 蛋白嗨 

糜蛋白 61 




图 9-1 蛋白 质的消 化 和吸收 



― a 





胃 酸变性 




胃蛋白 SS 





--胰 





羧 基肽酶 1 


氨基肽 » 




二 Skid | 





-胰 
二肠 



— 203 — 



表 9-8 



蛋白质 水解酶 作用表 





存 


在 


最适 pH 


特异性 


s 霍白贿 




胃 


1.5〜2.5 


1 

•••〉< 一 苯丙一 


胰 蛋白癍 


小 


肠 


7.5〜3.5 


I 

•••X —槺一 X." 


糜 蛋白酶 


小 


肠 


7. 5〜8.5 


1 

...X— is— X-.. 


木 瓜蛋白 K 


植 


物 


1 

5 


羧 基肽酵 A 


小 


肠 




中性一 末端一 coo- 


羧 基肽酶 3 




碱性一 末端一 coo- 


贫 基肽酵 


肠粘膜 




末端一 NHa+X^ 


二肽薛 


炀 粘膜 




1 

X— X 



二、 蛋白质 在肠内 的腐败 

. 小 部分未 消化的 蛋白质 或未吸 收的氨 基酸, 进 入大肠 后受到 细菌的 作用产 生各种 分解产 
物。 细菌 对蛋白 质或其 消化产 物的这 种分解 作用称 为腐败 作用。 腐败作 用实际 上是肠 中细菌 
代谢 过程的 反映, 包括 水解、 氧化、 还原、 脱 羧基、 脱 氨基、 脱 巯基等 作用, 而产 生胺、 脂 
肪酸、 醇、 酚、 吲哚、 硫 化氢、 氨 及二氧 化碳等 物质。 除脂肪 酸外, 胺、 酚及^ 哚等 都是有 
毒 物质, 余下的 腐败产 物对身 体无大 影响。 被吸收 的部分 有毒物 质主要 在肝脏 中进行 解毒作 
用而降 低毒性 或转变 成易于 排泄的 物质, 排出 体外。 

肠 道细菌 含有分 解各种 氨基酸 的酶, 但 其腐败 类型主 要是脱 氨作用 与脱羧 作用。 

CO,+ R - CH, <^ RCHCOOH 脱氧 ( + 2H ) — RCH 2 COOH+NH a 

NH, NH t 

胺 氨基酸 脂肪酸 氨 

氨基 酸经脱 後后, 其产 物大多 是具有 毒性的 胺类。 例如, 鸟 氨酸、 赖 氨酸、 组氨 酸等经 
脱 羧后分 別形成 腐胺、 尸胺 及组^ 等, 其 反应式 如下: 



NHj-(CH 2 ),-CH(^ t >CO0K- 



-CO, 



MH, • (CH,) 4 • CH(NH t )COOH 
赖氨酸 

HCr==C—CH t — CH(NH,)COOH 



—CO 



■,'(CH:VCH : 'NH 2 

腐胺 



HN 



N 



一 CO, 



H 

组氨酸 



NH:-(CH 2 VCH:'NH, 
尸胺 

HC— C — OH ,一 CH,— NH, 
►HN N 

H 

组胺 



— 204 — 



三、 氨基酸 的吸收 

正常情 况下, 只有氨 基酸及 少量的 二肽、 三肽 才能被 吸收, 肽吸收 后大部 分在肠 中迸一 
歩 被水解 成为氨 基酸, 小部分 也可直 接被吸 收入血 e 

^基 酸的吸 收主要 是在小 肠中进 行的, L- 氨基酸 吸收快 。各 种氨基 酸的吸 收是通 过需能 
(ATP)、 Na+ 及特 殊转运 机理完 成的。 即肠粘 膜细胞 具有转 运氨基 酸的转 运蛋白 (载体 ), 
将氨 基酸及 Na+ 转入细 胞内, Na + 则 依靠钠 泵主动 排出细 胞外。 见图 9-1, 9-2。 




m 9-2 氨 基酸代 谢的动 态平衡 
由 于氨基 酸侧链 结构的 差异, 主动转 运氨基 酸的载 体也不 相同。 经研宄 证明, # 四种转 

运氨基 酸的特 殊运载 系统: 转运 中性氨 基酸、 碱性氨 基酸、 酸性 氨基酸 及亚氨 基酸、 甘氨酸 

等。 而在金 黄色葡 萄球菌 则含有 12 种转运 氨基酸 的特异 膜结合 系统。 

当某 些氨基 酸共用 同一载 体时, 这些 氨基酸 在它们 的吸收 过程中 将彼此 竞争。 

氨 棊酸的 吸收除 了涉及 与钠离 子运转 相连接 的几个 中间载 体的运 转系统 之外, 尚 可通过 

谷胱 甘肽起 作用的 Y- 谷 氨酰基 循环, 见图^ 3。 



外侧 



Y- 谷氨 

酰 转肽酶 



质膜 



/ 



GSH< 



ATP 



谷 氨酰半 胱氨酸 



'甘 氨酸 



\ 半胱 氨酸' 



半胱銑 甘氨酸 — 

\y- 谷氨酰 氨基酸 

氛基酸 5 氧 脯氨酸 ATP —谷 氨睃一 
内侧 

图 9-3 Y- 谷氨 酰循环 (Meister 循环) 



ATP 



珐*< 

酸 g & 索乙 

剛 1 $ 胡跌 

m ^ 琥延荩 



— 206 — 



谷胱甘 肽作为 Y- 谷氨 酰基的 供体, 而 谷胱甘 肽中的 Y- 谷氨 酰基经 质膜中 Y- 谷氨 酰基转 
移酶 的作用 与氨基 酸的氨 基形成 肽键, 除 脯氨酸 之外, 均 能作为 Y- 谷氨 酰基转 移酶的 底物, 
由上图 可见, 此循 环可看 成二个 阶段, 首先是 谷氨酰 氨基酸 形成, 后 经谷氨 酰环化 酶作用 
使 谷胱甘 肽的再 合成。 

上述 氨基酸 的主动 转运, 不仅存 在于肠 粘膜细 胞上, 类似的 作用也 可能存 在于肾 小管细 
胞、 肌细胞 等细胞 膜上, 对于 细胞内 富集氨 基酸的 作用具 有普遍 意义。 

/ 第八节 氨基酸 分解代 谢的一 般途径 

由 f 氨基睃 的化 学结构 不同, 其代谢 途径必 然有所 差别, 但它们 都含有 a- 氨基和 ct- 羧 
基, 各种氨 基酸的 a- 氨基和 a- 羧基的 变化都 是相类 似的。 氨基 酸分解 代谢的 一般途 径就是 
指这些 具有普 遍性的 变化。 



一、 氨基酸 的脱氨 基作用 

氨基 酸的脱 氨基作 用主要 是在氨 基移换 与氧化 脱氨基 联合反 应下进 行的。 
、 1. 氨基移 换作用 一种 a- 氨基 酸上的 氨基, 转移到 另一个 cx- 酮酸分 子上, 生成 一个新 
的 ct- 氨 基酸和 与原来 a- 氨基酸 相应的 酮酸, 而且 在反应 过程中 没有游 离氨的 产生, 上述过 
程叫 做氨基 移换作 用或称 转氨基 作用。 催化 这一过 程的酶 称为氨 基移换 酶或转 氨酶, 该酶的 
辅酶是 维生素 B a 的衍 生物。 

体 内大多 数氨基 酸可与 a- 酮 戊二酸 进行氨 基移换 反应, 生成谷 氨酸及 与原来 a- 氨基酸 
相应的 酮酸, 其反 应是可 逆的。 . . 

例如, 丙 氨酸与 a- 酮 戊二酸 之间进 行氨基 移换, 生 成丙酮 酸与谷 氨睃。 天门冬 氨酸与 a- 
酮 戊二酸 之间进 行氨基 移换, 生成 草酰乙 酸与谷 氨酸。 催化前 -反应 的酶称 为谷丙 转氨酶 
(GPT), 催化后 -反应 的酶称 为谷草 转氨酶 (GOT) £ 上述两 种转氨 基反应 过程如 下: 

COOH 





COOH 






CH 2 


CH, 




CH, 


+ C-=0 


H- 


-C— NH, 


COOH 




(SOOH 






谷氨酸 


丙酮酸 




COOH 






CH, 


COOH 




CH, 


+ CH 2 


H- 


-C— NH, 


C = 




COOH 


COOH 




谷氨酸 


莩 酰乙酸 



谷-丙 转氧 酷 
~~ GPT - " 



谷-草 转氨酶 
~~ GOT 



CH 2 
CH, 
C — 

COOH 

-酮 戊二酸 
COOH 

CH 2 
1 

C-0 



+ 



CH, 
+ H-C-NH, 
COOH 

丙氨酸 
COOH 

CH, 

H-C— NH, 



所有 转氨酶 的辅 酶都是 维生素 B 6 的衍生 物- 



COOH 

a- 酮 戊二酸 
-磷酸 吡哆醛 ( 



:00H 



天门 冬氨酸 
当转 ^基时 磷酸吡 哆醛暂 



时变成 ^酸吡 u 多胺 〔磷酸 吡侈錢 -酶复 合物与 其基质 以共价 键形成 西佛碱 (Sctiff-base) 中 



— 206 一 



间物。 当无 基质存 在时, 磷酸 吡哆醛 与酶蛋 白以牢 固的非 共价键 形式相 连〕。 在 催化过 程中, 

磷酸吡 哆醛的 碳原子 与氨基 酸未质 子化的 a 氨基 作用, 使 醛基碳 原子和 a- 氨 基酸的 <z 氛原子 
以 共价键 相连, 同时脱 去水, 形 成醛亚 胺酶, 后者与 相应酮 亚胺酶 为共振 关系。 醆亚胺 、酮亚 

胺均 含有〉 C==N —结 构, 该结 构是西 佛碱所 特有的 结构, 如加水 后即形 成游离 的酮酸 和磷酸 
吡哆胺 • 酶, 其反应 如下: 



R, R, 
| -H 2 I 

H— C— NH 2 +0 = C— E^Z^H— C— N = C 



COOH 
oc- 氨基酸 
+ H S 

■ — » 



+ H 2 

H 

磷酸吡 哆醛歸 



COOH H 

m 亚胺酶 



R, 

•E^C = N— CH 2 — E 
COOH 
酮 亚胺酶 



H 2 N— CH 2 — E + R t — C —COOH 



磷酸 吡哆胺 • 酶 
磷酸 吡哆醛 • 酶、 磷酸 吡哆胺 酶结构 如下: 





a- 酮睃 





II 

-0 — p — OH 2 C — 
-0 



(CH 2 ) 4 

赖氨酸 ~>N 

II 

C— H 



R- 



H 

-c— coo- 

NH S + 
I 



、/ 



OH 



Wh 3 

H 



O 

II 

一 O — P- 

-o 



! 酶 ;一 (CH 2 )«— NHJ 
H 

R— C— COO- 

N 

II 

C— H 

-OHX — 



OH 



\ &八 CH, 
H 

磷酸 吡哆胺 • 酶 (磷 酸吡哆 醛-氨 基酸) 



磷酸 吡哆醛 • 酶 

2. 联 合脱氨 基作用 联合 脱氨基 作用是 氨基鲛 在氨基 移换和 氧化脱 氨基的 联合作 用下, 
脱 去氨基 而变成 a- 酮 酸和氨 (NH 3 )。 

经氨 基移换 作用生 成的谷 氨酸, 在谷氨 酸脱氢 酶的作 用下脱 去氨基 (氧 化脱氨 ), 生成 
cc-^ 戊二 酸及氨 (NH 3 ), 

COOH COOH 



HC, CH, 



+ NH, 



CH 2 
C = 
COOH 
a- 酮 戊二酸 

以上两 步反应 结果, a- 氛基^ 的氨 基被脱 去后生 成与该 氨基酸 相应的 a- 酮酸 和氨, 而 
(X -酮戊 二酸在 反应中 只起转 氨基的 作用, 其本 身并不 消耗。 因此, 体内 大多数 氨基酸 皆可与 a- 

— 207 — 



CHNH, 

(iooH 

谷氨酸 



NU» 



谷 SURRftSl 



繭戊二 酸之间 进行氨 基移换 作用, 先将其 分子中 的氨基 转移给 cc- 酮 戊二酸 生成谷 氨酸, 后者 
再经 谷氨酸 脱氢酶 的催化 (该酶 在体内 分布很 
广, 活性 很强, 是 一种变 构酶, 其活性 可受一 
些 物质的 调节。 例如, ATP、 GTP 是 变构抑 
制剂, ADP、 GDP 是 变构激 活剂。 当 ATP、 
GTP 不 足时, 可 加速谷 氨酸的 氧化, 这对于 
氨基酸 分解供 能可能 起着重 要的调 节作用 ), 脱 
去 氨基生 成氨和 a- 酮戊 二酸。 a- 酮戊 二酸仍 
可进 行上述 反应, 联合脱 氨基作 用是体 内氨基 
酸脱氨 的主要 途径, 由于 联合脱 氨基作 用是可 
逆的。 因此, 也是 体内合 成某些 氨基酸 的重要 
途径。 综 合上述 反应过 程见图 9 - 4。 

3. 氧 化脱氨 基作用 氧化 脱氨基 作用以 
下列反 应式表 示之: 

2RCHC00H + : ~ >2R— C— C00H + 2NH, 




CH> 

i=o 

COOH 



图 9-4 联 合脱氨 基作用 



NH, O 
a- 氨基酸 酸 

上式 表明, 氧化 脱氨基 作用的 产物是 a- 酮酸 和氨。 每消耗 1 分 子氧, 产生 2 分子 cc- 酮 
酸和 2 分 子氨。 上列反 应实际 上包括 脱氢与 水解两 个化学 反应。 脱 氢是一 种酶促 反应, 它的 
产物 是亚氨 基酸, 产物在 水溶液 中极不 稳定, 可 自发水 解成为 a- 酮酸 和氨。 



RCHCOOH ~ >RCCOOH 

I -2H n 

NH, NH 

a- 氧基酸 a- 亚 氨基酸 

RCCOOH-^l^-RCCOOH + NH, 
II II 
NH O 

a- 亚 氨基酸 酮酸 氨 

催 化上述 反应的 酶称为 L- 氨 基酸氧 化酶, 以 磷酸核 黄素为 辅基, 已 知该酶 在生理 条件下 
活性 很小。 所以此 类型的 氧化脱 氨基作 为在氨 基酸一 般代谢 上意义 不大。 

4. 嘌呤核 苷酸循 环脱氨 基作用 有人 认为, 上述联 合脱氨 基作用 可能并 非是体 内所有 
组织器 官氨基 酸脱氨 基作用 的主要 方式。 因此, 提出嘌 呤核苷 酸循环 (Purine nucleotide 
=ycle) 假说。 骨 骼肌及 心肌中 L- 谷氨 酸脱氢 酶活性 较低, 这些 组织的 氨基酸 不易借 上述方 
式脱 氨基。 其 具体步 骤是, 通过氨 基移换 作用形 成的天 门冬氨 酸与次 黄嘌呤 核苷酸 (IMP) 
^应, 生 成腺苷 酸代琥 珀酸, 然 后裂解 出延胡 索酸与 腺嘌呤 核苷酸 (经 腺苷酸 代琥珀 酸裂解 
誨 作用) (AMP)。 AMP 又在 腺苷酸 脱氨酶 的催化 下脱去 氨基, 最终完 成氨基 酸的脱 氨基。 
嘌呤 核苷酸 循环可 能在肌 肉中是 一种主 要脱氨 方式, 脑及 肝脏中 某些氨 基酸也 可能依 此方式 
睨 氨基。 嘌呤 核苷酸 循环, 如图 9-5 所示: 



-® 酸 





天门冬 



'IMP 



»苷» 代 珀 B 

人、 

, 草 酰乙酸 、 "^^AMP 

\ 苹果睃 

图 9-5 嘌 呤核苷 酸循环 




H»0 



-NH, 
I 



二、 氨的代 谢途径 

体内氨 基酸通 过脱氨 基作用 (主要 是联合 脱氨基 作用) 产 生氨。 此外, 体 内一些 胺类物 
质, 如肾上 腺素、 去 甲肾上 腺素、 组胺等 ,在 单胺氧 化酶、 二胺 酶的作 用下, 也可 分解放 出氨。 
血 中尿素 经肠粘 膜进入 肠道, 在细 菌尿素 酶的作 用下, 尿素被 分解生 成氨。 

氨对机 体既是 有用的 物质, 又是 有毒的 物质。 它可以 用于合 成氨基 酸或其 它含氨 化合物 
(如 嘌呤、 嘧啶等 )。 其害处 表现在 对中枢 神经系 统的毒 性作用 (如 血氨 浓度增 高时, 可使脑 

血管 收缩, 影响供 脑血量 )。 当家 兔注射 氯化铵 后血液 氨浓度 升高到 29.4pin l/L 时, 该动 
物将 死亡。 人 体内不 断地生 成氨, 而 正常人 血氨却 很少。 体内大 部分的 氨是在 肝内被 转变成 
为无 毒的尿 素而解 毒排出 体外; 一部分 氨与谷 氨酸生 成无毒 的谷氨 酰胺, 或转变 成其他 物质, 
从而 防止血 氨过多 所引起 的毒性 作用。 
1. & 成尿素 

(1) 尿 素合成 步骤: 合 成主要 经过以 下三个 步骤: -^ "一 : . : 
第一 步, 氨与二 氧化碳 在肝内 与鸟氨 酸结合 成瓜氨 产 (h^ 

第 二步, 瓜氨 酸再与 一分子 氨结合 形成精 氨酸; 
第 三步, 在 精氨酸 酶的作 用下, 精氨 酸被分 解生成 
尿 素和鸟 氨酸。 

第 一步、 第二 步反应 是合成 反应, 消耗 能量, 需要 

ATP 和 Mg 2+ 参加。 

鸟氨酸 可以再 参加尿 素生成 过程。 可 见尿素 是在一 

种 循环过 程中生 成的, 生成 1 分 子尿素 可消除 2 分子的 
氨, 旯^ 涂氨毒 的有效 过程。 这种循 环是从 鸟氨酸 开始, 
所以, 称为 鸟氨酸 循环。 见图 9 - 6。 

在生成 尿素的 鸟氨酸 循环中 除有一 系列的 酶参加 之外, 
进此 循环的 作用。 

鸟 氨鲛循 环看来 似乎很 简单, 实 际上, 中间步 骤相当 复杂。 

(2) 鸟氨 酸循环 的中间 步骤: 

© 瓜 氨酸的 合成: 其中的 氨是线 粒体中 的谷氨 酸经氧 化脱氨 而来, 在 氨基甲 Sfe 磷 酸合成 
酶 J 的作 用下与 co 2 反应 生成氨 基甲酰 磷酸, 此 反应是 不可逆 反应, 并需 N«r 乙銑谷 氨酸的 




图 9-6 鸟氨 酸循环 



精 氨酸、 瓜 氨酸、 鸟氨酸 也有促 



存在, 



NH S +C0 2 + H 2 + 2ATP 



氨基甲 酰磷酸 合成酶 I 
Mg+ 2 



NH, 

(CH 2 ) 3 

CHNH 2 
COOH 



+ 



O 

II 

H 2 N— C— PO,H s 

氨基甲 酰磷酸 



O 

II 

>H,N— C— P0 3 H t +H 2 P0 4 +2ADP 

氨基甲 酰磷酸 
NH, 

\ 
C = 



鸟 氨酸氨 基 甲酰 转移^ 

素一 



+ H,P0 4 



(CH:), 
CHNH 2 

COOH 

瓜氨酸 

. (D 精 氨酸的 合成: 上 述反应 所生成 的瓜氨 酸可以 继&被 氨^ 化;; '、'S3 卜。 但化氨 基化所 
需氨基 不是直 接来自 NH 3 , 而 是来自 天门冬 氨酸的 氨基。 
NH, 

=0 C00H 

' 精氨 酸代琥 珀酸合 成酶、 Mgw _ 



\ c 
NH 



H,N 



H,N- 



(CH 2 ) 3 
CHNH 2 
COOH 



+ 



瓜氨酸 
H 2 N、 



〉C=NH 



NH 
(CH 2 ) 3 
CHNH 2 
COOH 



-CH - 
CH 2 
COOH 

、天门 冬氨酸 

COOH 
CH 



ATP AMP-!-PPi 



、C 



COOH 

\ 
=NCH 

/ 
CH, 



COOH 



(CH 2 ) 3 
CHNH, 
COOH 

精 氨酸代 琥珀酰 

精氨 酸代琥 
珀酸 裂解酶 



CH 

C00H 



延 胡索酸 

③ 精氨酸 水解: 上式生 成的精 氨酸可 在肝中 精氨酸 酶的催 化下水 解成鸟 氨酸及 尿素, 
许多 组织含 有通过 上述途 径合成 精氨酸 所需要 的酶, 但只有 肝脏、 肾脏和 脑组织 具有精 
氨 酸酶, 水解 精氨酸 生成尿 素和鸟 氨酸。 鸟 氨酸可 返回线 粒体, 重新与 氨基甲 酰磷酸 缩合以 
完 成鸟氨 酸循环 (尿 素循环 )。 整个鸟 氨酸循 环反应 需消耗 3 分子 ATP。 尿素 形成的 总反应 
如下: 

因此, 每形成 1 分 子尿素 需要由 ATP 提供 四个高 能磷酸 键能。 鸟 氨酸循 环每种 酶都有 
罕 见的遗 传性缺 乏病, 由于 尿素合 成受到 障碍, 患者血 尿素氮 (BUN) 浓度 极低, 患 者几乎 
均在 婴儿期 死亡。 

2. 谷氨^ 胺 的合成 体内 还有一 种暂时 解除氨 毒性的 方式, 即在脑 组织等 处产生 的氮可 
与 谷氨鲛 结合^ 谷氨 酰胺。 谷氨酰 胺是无 毒的, 它可以 经血液 运输到 肝脏和 肾脏, 在 肝和肾 
中又分 为 氛和谷 氛酸。 氨在肝 脏合成 尿素, 在肾 脏可以 形成铵 盐排出 体外。 



― 210 — 




S 胡索酸 

精氨酸 f 

AMP+PP 



COOH 
CH 2 
CH 2 
CHNH, 
OOH 



ATP 天门^ "氡酸 
-NH 3 

图 9-7 尿 素的生 成机制 



+ NH 3 + ATP 

脑组 织谷氨 酰胺合 成酶' 



4 



CO-NH, 

CH, 

CH 2 

COOH 

谷 氨酰胺 



CO-NH, 



COOH 



+ 



肝 

NH S ~ > 尿素 



H+j 肾 

铰盐 



:h 2 CH 2 

■H 谷氨 酰胺^ A H 

I 2 一+— H7。— I 2 

CHNH 2 CHNH, 

COOH COOH 

谷 氨酰胺 谷氨酸 
• 肝脏氨 基酸的 代谢很 旺盛, 其代谢 过程中 所产生 的氨, 对于人 类是有 毒的, 氨的 解毒主 要依靠 在肝脏 
合成 尿素. 当肝 功能衰 竭时, 尿 素合成 减少, 血 氨含量 升高, 便可 引起肝 昏迷. 

产生 肝昏迷 的因素 是多方 面的, 但 血氨增 高是重 要原因 之一. 一般 认为, 正 常人脑 组织中 氨的解 毒依靠 



+ NH, 



• 谷氨酸 +NH a — 谷氨 酰胺的 途径。 



a- 嗣戊二 酸- 

因谷 氨酸在 脑组织 中储量 不多, 当 血氨较 高时, 谷 氨酸很 快地被 耗尽, 这 时便由 a- 酮戊二 酸与氨 作用生 
成谷氨 酸进行 解毒. 这 样可使 a- 酮戊二 酸含量 降低, 当它 被消耗 而又得 不到补 充时, 三羧酸 循环就 受到抑 
制, 使脑 组织的 能量供 应发生 障碍, 产生肝 昏迷. 

酪氨酸 、苯丙 氨酸与 色氨酸 三种氨 基酸代 谢紊乱 所引起 的中枢 神经递 质失衡 可能是 肝昏迷 的另一 重要原 
因. 在 肠道细 菌的氨 基酸脱 羧酶作 用下, 则产生 相应的 胺类, 如 酪胺、 苯乙 胺等. 正常情 况下, 由肠道 进入机 
休内 大部分 胺类可 为肝细 胞线粒 体的单 胺氧化 酶氧化 分解. 当严重 肝脏病 变时, 由于 肝功能 衰竭, 加之 有门静 
脉 分流, 可 使大量 胺类未 经解毒 而直接 进入休 循环。 酪胺、 苯 乙胺经 特异性 不强的 多巴胺 羟化晦 作用, 可 
生成 对羟苯 乙醇^ 与苯乙 醇胺, 因上 述胺类 与儿茶 酚胺 类递质 在结构 上十分 相似, 故亦 同样为 神经末 梢所摄 



— 211 一 



取、 贮存与 s^, 仁不能 产生正 常的生 ffl 效应, 称为假 神经递 质. 这匸 GUWJi 的升 K 也是 引起肝 昏迷的 

发病 原因. E 为 (E 神经 递 质干 扰了正 常的神 经传导 功能. 肝 性脑病 患者血 中苯乙 醇胺浓 度增加 可高达 loops 
9 &, 其 升高的 程度与 昏迷的 程度常 呈平行 关系, 左 旋多巴 治疗肝 性脑病 有一定 效果, 因 多巴胺 和去甲 肾上腺 

素 ^ 不能透 过血脑 屛障, 而它们 的前体 左旋多 e 易于 透过 血脑屛 障,' 后者 入脑后 在儿茶 酚胺神 经元内 转变为 
多巴 和去 甲肾上 腺素, 从而恢 复正常 的神经 活动. 

在严 重肝功 障碍的 病人, 常因高 蛋白质 食物或 胃肠道 出血而 引起肝 昏迷。 因此, 对 肝昏迷 病人应 限制蛋 
白二. ^摄 入量, 给予 葡萄糖 供能, 尽量减 少组织 蛋白的 分解, ^少 氨的 生成; 并抑 制肠道 细菌, 降 低肠内 
腐^ 作用, 减少氨 基较脱 氨而生 成氨。 为此可 口服或 经直肠 应用新 霉素。 

另外, 当肝 硬化或 门静脉 侧文循 环障碍 的肝病 病人, 因 肝脏功 能受到 严重的 损害, 不能使 胰岛素 灭活, 

素无 限制地 进入周 围血液 循环, 从而 引起高 胰岛素 血症, 后者 又促使 肌肉清 除过多 的支链 氨基酸 (亮氨 
亮 氨酸、 缬 氨酸、 主 要在肌 肉中进 行分解 代谢) 使 血中支 链氨基 酸明显 降低, 从而 导致支 链氨基 酸对色 

进入大 脑的竞 争作用 减低, 于 是更多 的色氨 酸进入 大脑, 使 5- 羟 色胺大 a 合成, 促使肝 昏迷形 成和加 

m. 

*3. 清开 灵注射 液对血 尿素、 血 氨含量 的影响 对 安宫牛 黄丸进 行剂型 改良, 其新剂 型为清 开灵注 射液, 
后 者临床 用于神 经系统 感染所 引起的 高热、 抽搐、 昏迷 及中毒 性脑病 等均有 较好的 疗效. 

皮下 给予一 定剂量 的四氯 化碳造 成大鼠 中毒性 肝炎, 实验动 物肝脏 具有大 量变性 和坏死 的病理 特点。 四 
氯化 碳造成 大鼠肝 损伤组 的血氨 浓度、 血乳 酸含量 比正常 组明显 增加, 血 尿素的 含量也 显著地 高于正 常组. 
血尿素 升高, 说明 应用该 剂量的 四氯化 碳, 肝 细胞并 非全部 坏死. 由 于肝脏 代偿功 能强, 尿素 的合成 能力没 
有明显 下降, 加之 肾功能 障碍, 可使尿 素排出 减少, 致使 血尿素 相对地 升高. 当给予 大鼠皮 下注入 清开灵 
1 号注 射液时 (治疗 组), 血氨, 血 乳酸水 平比肝 损伤组 明显地 下降, 血尿素 水平也 下降。 血 尿素水 平的下 
降, 可能 由于动 物注入 清开灵 I 号注射 液后, 氨 的生成 减少或 氨变成 其他含 氮物质 (蛋白 质), 抑或是 经清开 

XI 号注射 浪的作 用改善 了肾脏 功能, 增加 了尿素 的排出 (表 9-9, 表 9-10). 清开灵 I 号注射 液具有 使血氨 

和 血乳酸 下降, 穴 复肝脏 功能的 作用, 这可 能是减 轻肝性 昏迷的 i 要机理 之一. 



表 S-9 各组血 氨氮值 Og/dl) 比较表 



a 别 


第一 批实验 
均位士 标准差 (鼠数 ) 


笫二 批实验 
均值士 标准差 (鼠数 ) 


正 常 组 


56, 96 士 15, 68(10) 


56. 96 士 15. 68(10) 


肝 损伤组 


99-94 士 20* 72(10)A 


71.00±8.24(5) 


治 疗 组 


53.65 士 7, 16(8)** 


51. CO 士 7. 62(5)* 


表 S-10 


各 组血尿 素氮值 


ag/dl) 比较表 


组 别 


第一 批实验 
均值土 标准差 (鼠数 ) 


第二 批实验 
均值土 标准差 (鼠数 ) 


正^ 组 


41. 88 士 4. 55(8) 


41.88±4.55(8) 


肝 损伤组 


73.85±15.42(8)A 


55. 32±9.85(5)A 


治疗组 


41. 46 土 5. 30(8)* 


31.16±3.74(5)* 



A 与正' « '组 相比饺 P<0.001 
* 与肝 损伤组 相比较 P<0.01 

与; Tf^l/V 组相比 KP<o.ooi 



*4. 大^ 新的有 效成分 Rhatannin (乐 丹宁) 对机 体代谢 的影响 有 效成分 Rhatannin 是 日本九 州大学 

西冈五 夫教授 等人从 中国产 的大黄 (雅黄 ) 中分离 提纯的 一种新 的活性 成分. 



随后大 浦彦吉 ^人又 迸一 步研 宂了其 生化药 涇学的 机^, 初步阀 叨了共 作用机 si. 

单 味药中 大黄有 泻下、 清热. 抗菌 等方面 的药理 作用, 大浦等 基于对 大黄水 提液所 跋的' 基 础研究 工作, 

发现大 黄水提 液对血 尿素氮 (BUN) 有 影响。 对实验 性肾功 能不全 动物病 理模型 有改善 作用, 故着重 研究了 
Rhatannin 对 机体氮 代谢的 影响。 

尿素 在肝、 肾中 合成, 氨 基酸代 谢中所 产生的 氨具有 毒性, 经肝、 肾 将其转 变成无 毒的尿 素排出 体外, 
故 尿素的 生成与 氨以及 氨基睃 代谢均 有密切 关系。 用 Rhatarmin Hmg/kg 体重。 注入 大鼠腹 腔, 以 自动临 
床化学 分; 斤 仪 捡测大 鼠血尿 索氮, 结 果表明 给药后 4 〜 8 小 时内. 肝、 肾中 的尿素 减少, 时 BUN 水 平也下 
降 37%, 为进一 歩阐明 Rluvtanniii 的下降 BUN 机制, 又 观察了 其对血 液氨基 酸含量 以及肝 )E 的乌 氨酸 循环 
等生化 环节的 影响。 研 究表明 , Rhatanni! !对 鸟氨酸 循环酶 体系中 的关锭 酶如: 氮 甲 酰磷 敢合成 K 、精 氨酸合 
成^、 氛甲 酰移换 酶、 精氨酸 代琥珀 酸裂解 酶的活 性均无 彩响, 因 而推断 其降低 BUN 的作用 并非直 

接^ 用于尿 素生成 的鸟氨 酸循环 酶体系 所致, 另一方 面给予 Rhatannin 后的 2 〜S 小时 内大鼠 血浆中 的游离 
a- 氮 基酸的 S 发生了 变化, 其中 以谷氨 酰胺、 丙 氨酸、 甘 氨酸、 丝 氨酸、 谷氨 酸的下 降尤其 明显, 因而肝 
组 织中用 于合成 尿素的 谷氨酰 胺、 天门冬 氨酸、 谷氨 K 的来源 减少, 故 导致尿 素合成 减少。 为 进一步 弄清血 
浆中 a- 氨 基酸的 去向, 用" C- 苯丙氨 鲛进行 实验, 结果表 明给予 Rhtaanniii 后 4 小时、 6 小时、 8 小时, 标 
记 ^ 基酸摻 入血清 蛋白的 量明显 ^加, 这说明 Rhatannin 有促进 蛋白质 合成的 作用, 用 聚丙烯 酰胺凝 胶屯 
泳亦 证实清 蛋白、 铁传递 蛋白、 P- 脂 蛋白、 球蛋 白与对 照组相 比均有 明显的 增加, 经 检查肝 脏中的 GOT、 
GPT、 GDH 酶 活性无 变化, 而谷 氨酰胺 合成酶 在给予 Rhatannin 后的 2 ~ 4 小 时内活 性增加 50〜60?&, 推 
测这 是肝脏 中谷氨 酸和氨 减少的 原因。 

. 在肌 动蛋白 和肌球 蛋白中 各有一 分子的 3 - 甲基组 氨酸。 肌动蛋 白和肌 球蛋白 分解后 ,3- 甲基组 氨酸进 > 
血和 尿中, 故检测 3- 甲基 组氨酸 在尿中 的含量 可反映 肌蛋白 分解的 状况。 实验表 明给予 Rhatannin 的一、 二, 
三 天分别 收集尿 液测定 3 _ 甲基组 氨酸发 现均有 明显的 下降, 因此 Rhatannin 具 有抑制 肌肉蛋 白质分 解的作 
用。 

用高 蛋白词 料喂养 大鼠, 一周后 BUN 水平 可比正 常升高 2 〜s 倍。 如 果饿动 物四天 以上也 可达到 同样的 
目的, 用 Rhatannin 分别处 理上述 动物模 型均可 观察到 BUN 水 平明显 降低的 作用。 

综上 所述, Rhatanaiii 具有 降低血 尿素氮 使血桨 中游离 a - 氨基酸 减少, 促进 血清蛋 白质的 合成, 抑制 
阡 脏的尿 索合成 ,升 ^ 肝脏 中的谷 氨酰胺 合成酶 活性, 抑制 肌动, 肌 球蛋白 质分解 等生化 药理学 作用. 

三、 酮 酸的代 谢途径 

1. 经氨基 化合成 非必需 氨基酸 氨基酸 经脱氨 基后所 产生的 a- 酮酸, 可 再被氨 基化生 
成氨 基賅, 因为在 生成氨 基酸的 同时, 冇还原 作用, 故又称 为还原 氨基化 作用。 例如: 

NH 3 + cc- 酮 戊二酸 + NADPH + H + =^L- 谷氨酸 + NADP + + H 2 〇。 

2. 转 变成糖 和脂肪 (生酮 ) 大多 数氨基 酸脱去 氨基后 生成的 a- 酮酸, 在生物 体内可 
以通过 糖异生 途径变 成糖; 有 的则可 转变成 酮倬, 再 通过脂 肪酸合 成途径 转变成 脂肪。 有的 
^基 酸^ 能生糖 也能生 酮。 例如, 赖 氨酸、 苯丙 氨酸、 酪氨 酸等。 其他 大多数 氨基酸 为生糖 

酸; 只有亮 氨酸是 唯一的 生酮氨 基酸。 

3. 氧 化供能 a- 酮 酸在体 内可以 通过三 羧酸循 环彻底 氧化成 C0 2 和 H 2 0, 冋时 释放出 

能 lii 供生 理活动 需要。 

四、 ^基 酸脱羧 基作用 

在动物 体内, 各种 氨基酸 进行的 脱羧基 ,乍 用远不 如转氨 基作用 普遍, 只有 少数氨 基酸或 
其衍生 ^才 能參 加脱 &基 作用。 机体内 含有氨 基酸脱 羧酶, 可使 某些氨 基酸脱 羧而转 变成相 



(CH 2 ) 2 

CHNH 2 

COOH 
L- 谷氨酸 



Y- 氨基丁 酸广泛 而大: 



应的 胺类。 例如, 组氨 酸和谷 氨酸相 应地转 变成为 组胺及 氨基 丁酸。 氨基 酸或其 衍生物 
经 脱羧后 形成的 胺类, 都具 有较强 的生理 作用。 

1. Y- 氨 基丁酸 (GABA) Y- 氨基 丁酸是 谷氨酸 经谷氨 酸脱羧 酶的作 用而生 成的, 该酶 
在脑、 肾 脏组织 中活性 最强。 因而, 在脑 细胞中 氨 基丁酸 的浓度 较高。 氨基丁 酸可与 ct- 
酮戊二 酸进行 转氨基 作用, 生成 琥珀酸 半醛, 后 者再经 琥珀酸 半醛脱 氢酶的 催化, 形 成琥珀 
酸进入 三羧循 环而被 代谢。 

COOH 

COOH CHO 

L- 谷 氨酸脱 羧酶 一 ( X H 、 转氨酶 J H 、 一 
1^0; ( | j)j (ct- 酮戊 二酸) C , 8)2 NAD +_ * 

CH 2 NH 2 COOH 
Y- 氨 基丁酸 琥珀 酸半醛 

COOH 

(CH 2 ) 2 — > 三羧 酸循环 
COOH 

琥珀酸 

:地存 在于中 枢神经 系统, 它既是 脑的能 源物质 ,又是 抑制性 递质, 
在脑组 织代谢 中非常 活跃。 脑内若 干小肽 (Y- 氨基 丁酰组 氨酸) 内含有 GABA; 垂 体激素 (泌 
乳素) 的分泌 受脑内 GABA 的 调节; 某些 神经精 神疾患 (癫痫 ), 其发病 机理与 GABA 神 
经 元的紊 乱"^ ^有 关。 , 

2. 组胺 ^胺 是由组 氨酸通 过组氨 酸脱羧 酶的脱 羧基作 用而生 成的。 组胺 在神经 系统、 

肺、 肝脏、 肌肉、 胃粘膜 及结缔 组织的 肥大细 胞中含 量较高 。组胺 是一种 较强的 血管舒 张剂, 

浓度 过高时 可引起 虚脱。 过敏反 应可刺 激组胺 的大量 释放。 组胺 还可刺 激胃粘 膜分泌 胃蛋白 

酶原及 胃酸, 可作 为研究 胃功能 活性的 指标。 

HC= C — CH 2 CHCOOH HC— C — CH 2 — CH 4 NH 2 

HN N NH, 组氨酸 HN N 

H H 

L- 组氨酸 组胺 

组胺 可在二 胺氧化 酶的作 用下, 氧 化成相 应的醛 和氨。 未 被氧化 的组胺 可以从 尿中以 N - 
乙酰或 N- 甲 基的衍 生物形 成排出 体外。 偏 头痛的 发病可 能与脑 血管组 胺过多 有关。 

d- 儿茶精 (d-catechin), 有 维生素 P 样作 用, 对 毛细血 管有降 低其通 透性及 脆性, 增强 
其对外 伤的抵 抗力, 在维 持正常 血管功 能方面 有一定 作用。 在 试管中 d- 儿茶精 抑制组 氨酸的 
脱羧 基作用 强于黄 酮类, 故 可能有 抗过敏 休克的 作用。 

3. 色胺与 5- 羟色胺 色氨酸 在肝脏 中色氨 酸脱羧 酶的催 化下, 经脱 羧基作 用生成 色胺, 
色胺 可通过 单胺氧 化嗨的 作用, 生 成相应 的醛, 再 进一步 经醛氧 化酶的 作用生 成吲哚 乙酸。 

色氨 酸的重 要代谢 途径是 在脑中 通过色 氨酸羟 化酶的 作用, 生成 5- 羟色 氨酸, 后 者进一 
步经 5- 羟色 氨酸脱 羧酶的 作用, 生成 5- 羟色胺 (5-HT), 5- 羟 色氨酸 脱羧酶 在肾组 织中活 
性 较高。 5-HT 是一 种神经 递质, 存 在于中 枢神经 系统, 也存 在于毒 液中, 如 蟾毒、 黄蜂毒 

— 214 — 



5- 羟色 胺通过 单胺氧 化酶的 作用, 生成 5- 羟 色齄, 后者再 进一步 氧化成 5- 羟吲哚 乙酸, 
由尿 酸排出 体外。 5- 羟色 胺的另 一代谢 产物为 5- 羟 色醇, 后者 也同上 述产物 一起, 由 尿排出 
体外。 



H0 



-CH, — CH 2 —NH, 



HO 



\z\ N / 

H 



单胺 氧化酶 



H 



— CH,CH0 



HO 



5- 羟色胺 
I 

-,, — CH,CH,0H 



HO 



5- 羟色醛 
i 



„— CHXOOH 



II 



H 



H 

5- 羟吲 哚乙酸 



5- 羟色醇 

有人 推测, 当 血管系 统发生 某些破 损而生 成血栓 或血凝 块时, 破裂的 血小板 释出其 5- 

HT, 可 刺激该 处血管 平滑肌 收缩, 有助于 止血。 小 剂量人 参干浸 膏能使 脑干的 5-HT 减少, 
皮质 5-HT 增加。 

五、 个别 氨基酸 的代谢 

1. 一 碳单位 的代谢 在 代谢过 程中, 某些 化合物 可以分 解生成 一个碳 原子的 基团。 统称 
为一 碳单位 或一碳 基团。 例如, 丝 氨酸变 为甘氨 酸时, 其分子 中减少 一个碳 单位, 该碳 单位 
结 合在四 氢叶酸 (FH 4 ) 的分 子上, 后 者又参 与某些 化合物 如嘌呤 或胸腺 嘧啶的 合成。 凡是 
属于 这一个 碳原子 的转移 和代谢 过程, 统 称为一 碳单位 代谢, 其 中也包 括甲基 移换, 但不包 
括 C0 2 的 代谢。 

体内重 要的一 碳单位 有数种 形式, 如亚 氨甲基 (一 CH=NH)、 甲酰基 (HC< )、 羟甲 

基 (一 CH 2 OH) 及甲基 (一 CH 3 ) 等, 它 们分别 来自组 氨酸、 甘 氨鲛、 丝氨酸 及蛋氨 酸等化 
合物。 




C 



=c 



COOH 

甘氨酸 



LI 

HC — NH' 
COOH 



CH 2 
CHNH, 
COOH 
组氨酸 



CHO 

COOH 



S 十 CH 8 

CH S 

CH 8 

CHNH, 

COOH 

蛋氨酸 



'乙 醛酸 

在生物 体内, 上述 化合物 的一碳 单位能 进行转 移而合 成其他 物质。 一种形 式的一 碳单位 
在转移 过程中 也可能 变成另 一种形 式后, 再 用于合 成其他 物质, 但是, 必须 指出, 一碳 单位 



一 215 — 



必先与 S 氢叶酸 (携 带者) 结合后 才能完 成转移 或互变 < 

H S N N/ N X/ I N X 

1 I CH, 
N 



-CH 2 — NH— R + NAD + 

OH H 

四 氢叶酸 

结构 式中的 R 代丧 N- 苯甲酰 谷氨酸 基团: 

CH 2 CH 2 COOH 
— / \_CO— NH— CH 

COOH 

① 甘氨酸 分解时 可生成 N 6 , N 1D 甲烯四 氢叶酸 (N 5 , N ie - — CH 2 —FH 4 )。 

(D 组氨 酸转变 成谷氨 酸时, 可生成 N 6 - 亚氨 甲酰四 氢叶酸 (N 5 — CH"NH'FH 4 ), 后者 
经环脱 氨酶作 用生成 N 5 , N 1Q — 甲炔四 氢叶酸 (N 5 , N 10 =CH-FH 4 ) e 

③ 丝氨 酸转变 成甘氨 酸时, 也可 以生成 N e , N"— 甲 烯四氢 叶酸。 

® 一碳 单位的 互变及 其参与 的重要 化合物 N 10 - 甲酰四 氢叶酸 (N lt( — CHO— FH 4 ),N 6 , 
N 13 - 甲炔四 氢叶酸 (N 5 , N 10 =CH— FH 4 ), N 5 , N 1D - 甲烯四 氢叶酸 (N 6 , N 10 — CH 2 — FH 4 ) 
皆可 互变, 但 还原成 N 5 - 甲基四 氢叶酸 (N 6 -CH 3 -FH 4 ) 后, 则 不易再 氧化。 故后者 于绚. 
Ill 内含量 较多, 为 细胞内 四氢叶 酸贮存 形式。 N 5 , N iP - 甲 烯四氢 叶酸用 于合成 胸腺嘧 啶的甲 
基, N 5 , N 1 " 5 - 甲 炔四氢 叶酸参 与嘌呤 碱中 C 8 原子的 合成, N 1D - 甲酰四 氢叶酸 参与嘌 呤碱中 
C 2 原子的 合成, 以上均 为合成 DNA、 RNA 所 必需的 原料。 

2. 含 硫氨酸 的代谢 生 物体内 的含硫 氨基酸 有半胱 氨酸、 胱氨 酸及蛋 氨酸。 这三 种氨基 
鲛 都具有 其特殊 的代谢 途径, 并生成 具有重 要生理 功能的 物质, 如牛 磺酸、 胆 碱和肌 酸等。 

(1) 半胱氨 酸和胱 氨酸的 代谢: 半胱 氨酸的 分子中 含巯基 (一 SH), 胱氨 酸含有 二硫键 
(一 S — S— ), 在 体内两 分子的 半胱氨 酸脱氢 成为一 分子胱 氨酸。 体 内有许 多重要 的酶, 如 
琥 珀酸脱 氢酶、 乳 酸脱氢 酶等, 是 依赖其 分子中 半胱氨 酸的巯 基来体 现其活 动的, 故称为 "巯 
基 酶"。 许多 毒物, 如碘 乙酸、 对 氯汞苯 甲酸、 芥 子气、 重金 属离子 可与一 SH 基结合 而呈现 
其 毒性。 二巯基 丙醇可 使被结 合的一 SH 基 恢复成 原来的 状态, 故 有解毒 作用。 体内 还有还 
原型的 谷胱甘 肽能保 护酶分 子上的 巯基, 因而 有重要 的生理 功用。 

(D 半胱氨 酸与胱 氨酸的 互变: 在体内 半胱氨 酸与胱 氨酸可 以通过 氧化与 还原反 应互相 
转变。 

CH,— SH I- IS— CH 2 CH 2 -S — S— CH 2 

CHNH, + CHI^H 2 CHNH, CHNH 2 

I I +2H I I 

COOH COOH COOH COOH 

半 胱氨酸 半 胱氨酸 胱氨酸 

生物体 内, 上 列氧化 还原反 应不需 要酶的 催化。 微量的 FV + 、 Cu 2+ 或 Mn :+ 等 金属离 
子都能 ^化半 胱氨酸 氧化 成为胱 氨酸; 同时, 许多还 原剂也 能催伥 胱氨黢 还原成 为半胱 ^.m. 



—2 16 — 



S 此, 胱氨酸 及半胱 氨酸在 细胞中 的存在 形式决 定于细 胞中氧 化还原 状态。 

② 半胱 氨酸的 氧化: 半胱 氨酸的 主要代 谢产物 为丙酮 酸及硫 酸盐, 主要为 后者。 半胱氨 
酸 于细胞 质中被 氧化成 半胱氨 酸亚磺 酸盐, 再 经转氨 基作用 生成了 3 - 亚磺 酰-丙 酮酸, 并以 

亚 硫酸形 式释放 S0 3 2 _, S0 3 2 _ 进 一步氧 化成硫 酸盐, 排出或 进入其 他组织 细胞。 亚硫 酸盐转 

变 成硫酸 盐是在 亚硫酸 盐氧化 酶的作 用下进 行的, 该酶 存在于 线粒体 内胶表 面, 类似 于细胞 

色素 b 5 (cytb 5 )。 其 氧化反 应过程 如下: 

SH S0,_ SCV 

CH , a- 酮 戊二酸 谷氨酸 



H-C-NH, ^ H-C-NH 2 ? =0 

C00H C00H C00H 

半 胱氨酸 半胱氨 酸-亚 磺酸盐 S- 亚 磺酰- 丙酮酸 

S0 2- 亚硫酸 氧化酶 一^。 2 一 

3 ^2CFe s+ -cytc^ 4 

CH 3 亚 硫酸盐 硫酸盐 

C = 

C00H 丙酮^ 

③ 牛磺酸 (Taurine) 是普 遍存在 于动物 各种组 织细胞 内液中 的一种 游离氨 基酸: 多年 
来, 仅知 牛磺酸 与胆酸 结合形 成牛磺 胆酸, 在 脂类消 化吸收 中发挥 作用。 哺 乳动物 体内, 蛋 
氨 酸和半 胱氨酸 的代谢 中间产 物半胱 亚磺酸 (半胱 氨酸- 亚磺 酸盐) 可经 脱羧和 氧化作 用合成 

NH 2 

蛋 氨酸- '—半 咣氨酸 HS-CH 2 -CH-C00H ^ 
NH 2 

H0 2 S— CH 2 —— CH— C00H-- =^i-»H0 : S— CH 2 — CH 2 — NH 2 

半胱 亚磺酸 半胱 亚氨酸 亚 牛磺睃 

脱羧酶 (CSAD) 

= 7 ^ & -H0 3 S--CH 2 — CH 2 — NH, 
氧化酶 

牛磺酸 

牛磺酸 。食物 中胆固 醇过多 或肝肠 循环失 调会造 成高胆 固醇血 症而致 动脉 硬化, 牛磺酸 不但能 
有效 地降低 血液中 胆固醇 并能调 节肝肠 循环, 所以动 脉硬化 患者使 用牛磺 酸时, 出现较 好的效 
果。 人 体各器 官中, 心 脏含有 牛磺酸 最高, 因此 牛磺酸 成为心 绞痛、 心肌梗 塞的有 效治疗 药物。 
产 妇最初 几个月 乳汁中 牛磺酸 含量是 人工乳 (包括 牛乳) 的 40 倍 以上, 这 对初生 儿以及 
后 来大脑 的发育 和发达 有重大 影响。 尚有 维持视 网膜的 功能。 在保 健营养 研究领 域中, 牛磺 

酸不逊 色于维 生素。 中枢 神经系 统中, 牛磺 酸可能 还是一 种神经 递质, 牛磺 it 对神经 元有抑 

制 作用, 可被马 钱子碱 拮抗, 癫痫 患者脑 中牛磺 酸浓度 降低, 注射 牛磺酸 可减少 发病率 。 

3. 蛋氨酸 的代谢 动物 体内, 蛋氨 酸的甲 基可以 转移而 作为其 它物质 合成时 的甲 基化原 
枓。 甲基化 的过程 包括两 个反应 阶段。 
第一阶 段产生 S- 腙苷蛋 氨酸: 



— 217 — 



CH, 

ATP 十 CH 2 

H— C— NH 2 
COOH 



蛋氨 酸腺苷 (基) 转移酶 
Mg 2+ 



腺苷 一^〜 cri, 

CH 2 

CH 2 +Pi+PPi 

H— C— NH, ' 

COOH 
S- 腺苷 蛋氨酸 

上 述反应 结果, 蛋 氨酸的 S 原子 接上了 腺苷, 产生 S- 腺苷蛋 氨酸。 S- 腺苷 蛋氨酸 是活性 
甲基的 供体。 体内 多种物 质需要 S- 腺 苷蛋氨 酸供给 甲基, 如 胆碱、 肾上 腺素、 肌酸等 物质的 
生成, 都与 S- 腺苷蛋 氨酸供 出的甲 基转移 有关。 而 蛋氨酸 本身又 与蛋白 质的生 物合成 有重要 

的 关系。 

第二 阶段反 应中, S- 腺 苷蛋氨 酸的性 质较为 活泼, 可使 很多化 合物甲 基化。 例如, 甲基 
转 移至去 甲肾上 腺素, 则生 成肾上 腺素; 转 移至胍 乙酸, 则生成 肌酸。 此时, S- 腺苷 蛋氨酸 
本身失 去甲基 而变成 S- 腺苷同 型半胱 氨酸, 后 者脱去 腺苷即 生成同 型半胱 氨酸。 

同型 半胱氨 酸又在 N 6 - 甲基 四氢叶 酸的参 与下, 经 过甲基 移换而 生成蛋 氨酸。 

肌酸 + 
腺苷一 S 



腺苷一 S〜CH 3 NH 2 

CH 2 C=NH 
CH 2 + NH 



甲基转 移酶 一 



H 2 

CH 2 — 腺苷 + 同型半 胱氨酸 



H-C-NH 2 
COOH 

S- 腺苷 蛋氨酸 

SH 

CH t 
CH t 
H-C-NH 2 
COOH 

同型半 胱氨酸 



OH 2 

COOH 

胍乙酸 
H 



+ 



CH, 



、 N / 
CH, 



H 

•CH 2 

N- 
H 



甲 基移换 



CH 2 
H— C— NH t 
• COOH 

S- 腺苷 同型半 胱氨酸 
S-CH 3 

CH 2 

― CH 2 

H-C-NH, 

COOH 



H 

N 



+ 



\ 
CH, 



H 



•H 
•CH, 

N 一 
H 



N s - 甲基四 氢叶酸 



四 氢叶酸 



ATP 



-CH 3 




& 苷蛋 SSJ 




-OHs 



S~ 綠苷同 型半胱 




同 S 半胱 氨睐, \»苷 

图 9-8 活性 甲基^ 环 



— 218 — 



从 蛋氨酸 形成的 s- 腺苷蛋 氨酸, 进一步 变成同 型半胱 氨酸, 然后又 从同型 半胱氨 酸反方 
向 合成蛋 氨酸, 这一循 环称为 S- 腺苷 蛋氨酸 循环, 又称活 性甲基 循环, 图 9-8 所示 • 

二 甲基胆 碱经甲 基转移 (S- 腺 苷蛋氨 竣供给 甲基) 可 以形成 胆碱。 大鼠长 期喂以 炔乏胆 
碱和 蛋氨黢 的食物 (CMD) 会引起 肝癌。 慢性缺 乏胆馘 和蛋氨 鲛的食 物引起 肝癌的 机理尚 不 
清楚, 仅提 出一些 线索。 经证明 缺乏胆 碱时, 细胞膜 中胆碱 含量在 24 小时 内明显 降低。 胆 
碱为荷 正电化 合物, 正电荷 减少, 膜 可能易 受氧自 由基的 攻击。 另一假 说认为 缺乏甲 基时, 
引起信 息分子 特别是 DNA 的 甲基化 不足, 伴 有对某 些限制 性酶的 敏感性 变化, 可能 对细胞 
有永 久性的 影响。 饲以 CMD 食物仅 1〜2 周, 就 引起肝 细胞的 死亡和 增生, 长 期反复 进行, 
必 然增加 DNA 复^^' 基 因突变 差错的 频率。 缺乏胆 碱和蛋 氨铰可 以引起 肝癌, 为营 养与癌 
的研 究提供 了直接 模式。 提出了 依赖于 植物蛋 白质, 可 能处于 缺乏蛋 氨裟的 边缘, 成 为发生 
癌 的因素 之一。 , 

谷 胱甘肽 (GSH) 是半胱 氨酸、 谷 氨酸、 甘 氨酸所 组成的 三肽。 合 成时不 需用核 蛋白体 
及各 种核德 核酸, 只在 Y 谷氨 酸半胱 氨酸合 成酶催 化下, 谷 氨酸和 半胱氨 酸生成 Y 谷氨 酰半 
胱 氨酸, 再由谷 胱甘肽 合成酶 催化与 甘氨酸 化合生 成谷胱 甘肽。 GSH 的主 要生^ 作用 是抗氧 
化剂, 保护 细胞膜 中含巯 基的蛋 白质及 含巯基 酶不被 氧化, 可保护 细胞脂 质免遭 过氧化 损害。 
当细胞 内产生 少量的 H 2 2 时, 在 谷胱甘 肽过 氡化誨 (GSH-PX) 的作 用下, 使 H 2 2 还原 
成 水而自 身被氧 化成氧 化型的 谷胱甘 肽 (GSSG), 而后 者在谷 胱甘肽 还原酶 (GR) 作 用下, 
由 NADPH 提 供氢而 还原为 GSH。 

细 胞中的 GSH 对维持 细胞蛋 白质最 适宜的 一 SH/ — S — S —比 值具 有重要 意义。 急性饮 
酒后, 肝中 GSH 下降, GSSG 增加, GSH/GSSG 比 值下降 80%, 可能 引起酶 活性、 线粒 
钵 功能和 阳离子 转运的 变化。 肝 细胞中 GSH 减少, 使聚合 的微管 蛋白和 微管数 减少, 肝分 
泌血浆 蛋白质 延缓, 是发 生酒精 性肝肿 大的主 要因素 之一。 

4. 芳香族 氨基酸 的代谢 

(0 酪氨酸 和苯丙 氨酸的 代谢: 酪氨^ 在体 内的代 谢途径 很多, 可汇集 如下: 

肾上 腺素、 甲 状腺素 -.. 

酪胺 
厂 

对羟 苯丙^ 酸— II 一 ME 酸— II 一苯 丙氨酸 一" >苯 丙酮睃 
1 I 

尿黑酸 3,4-二羟苯丙氨酸(0 ?&) ~ >儿 茶酚胺 

i 丄 

i ^ 1 - 

乙 酰乙酸 黑色素 I ~ 

+ , = 示代 谢缺陷 

延 胡索酸 i 

(2) 苯丙 氨酸转 变为酪 氨酸: 在机 体内, 苯丙氨 酸可以 变为酪 氨酸, 所以 酪氨酸 是非必 
需氨 基漦, 苯丙 氨酸是 必需氨 基酸。 苯 丙氨酸 变成酪 氨酸的 反应, 是由 苯丙氨 酸羟化 酶和生 
物 喋呤为 辅酶完 成的。 



/ 



H 



0^-CH 2 -C-NH 3 + 0, 
COO - 

苯 丙氨酸 

H 



HO - 



〇 



+ 四氢生 物喋呤 



-CH 2 -C-NH + 3 + H 2 + 二氢生 物喋呤 
― C00" 
酪氨酸 

(3) 酪氨酸 生成乙 酰乙酸 及延胡 索酸: 酪 氨酸与 oc- 酮戊 二酸进 行氨基 移换, 变 成对羟 
苯丙 酮酸。 对 羟苯丙 酮酸可 继续被 氧化成 2, 5- 二 羟苯丙 酮酸, 再 经氧化 脱羧作 用即成 为尿黑 
酸。 尿黑酸 继续被 氧化, 分解 成为延 胡索酸 及乙酰 乙酸。 延 胡索酸 可以变 成糖, 乙酰 乙酸是 
—种 酮体, 所以酪 氨酸是 一种生 糖兼生 酮的氨 基酸。 、 
NH ? 

CH,CH'C00H CH,C0C00H CH.COOH 

<z-S3 戊二酸 /1\ 2 . 抗 坏血酸 / /^/ 0H 

-)-^ I 



〇 



OH 



〇 



OH 

吋羟 苯內酮 ss 



尿黑鲛 



H 



— HOOC— C = C— C— CH,—C— CH,CC0H 
I « 
H 



延胡索 Bfe 乙酰 乙酸嗨 



- HOOC — C = C— C00H+CH,C—CH,C00H 



H 

延 胡索酸 



O 

乙 秣乙酸 



延胡 索酰乙 酰乙酸 

(4) 酪 氨酸生 成肾上 腺素、 甲状 腺素: ① 肾上 腺素的 生成: 肾上腺 素合成 过程的 第一步 
是酪氨 酸被酪 氨酸羟 化酶作 用生成 二羟苯 丙氨酸 (Dopa), 最后在 多巴胺 P- 羟 化酶催 化下生 
成去 甲肾上 腺素, 后者 再接受 S- 腺 苷蛋氨 酸的甲 基而形 成肾上 腺素。 



CH S — CHNHX00H 2 



酪氨酸 羟化酶 H 2 



〇 



OH 

酷氨酸 



CO, 

乙 

芳香 k 氨 si 

羧酶 



四氢生 物蝶呤 二氢生 物蝶呤 

\ / 

/ ― \ 

NAD+ NADH 



CH 2 — CHNHX00H 



〇 




OH 



OH 



OH 

3, 4- 二羟苯 丙氨酸 (Dopa) 
P- 羟化 CH(OH) — CH ,一 NHJ 



0— > 



\ 



H 2 



TCu+) 蛋白质 抗坏 血酸- 



〇 



3. 4- 二羟 苯乙胺 (Dopamin) 



OH ' 
去甲肾 上腺素 



腺苷 + S+〜CH, 



CHOH— CH 2 NHCH; 




+ s- 腺苷 同型半 胱氨酸 



H— c — 麵, 



COOH3 
S- 腺苷 蛋氨酸 



肾 上腺素 



(D 黑 色素的 合成: 黑 色素是 毛发、 皮肤、 眼球等 组织的 色素, 其来 源已确 定为酪 氨酸。 酪氨 
酸 在&氨 酸羟化 酶的催 化下, 首先 变成二 羟苯丙 氨酸, 后者, 再经多 巴醌、 吲 哚醌、 最后聚 
合成为 黑色素 ,这一 过程 是在黑 色素细 胞中进 行的。 ③ 甲状 腺素的 合成: 酪氨 酸也是 合成甲 
状 腺素的 原料。 在 状腺内 酪氨酸 依次被 碘化为 一碘酪 氨酸及 二碘酪 氨酸, 已 经碘化 的酪氨 
酸再 & -步氧 化缩舍 成甲状 腺素。 ④ 苯丙 氨酸和 酪氨睃 的代谢 缺陷: 代 谢过程 的每一 步都需 

要酶^ 化, 酶是蛋 白质, 它 的合成 受基因 (DNA) 的控 制。 当某一 个基因 发生了 改变, 某种 
晦的 合成就 会发生 障碍, 由 于酶的 缺陷, 代谢过 程将会 中断, 从而产 生先天 性代谢 疾病。 白 
化病 也称" 白老 天", 是代 谢缺陷 病的一 种。 白化病 的发生 是由于 多巴变 为黑色 素的酶 (酪氨 
酸酶 ), 由于 纯合隐 性基因 的存 在不能 形成, 所 以不能 合成黑 色素, 使其 毛发、 皮 肤缺少 
色 素而呈 白色。 苯丙 酮尿病 是由于 纯合隐 性基因 PP f 勺 存在, 不能形 成苯丙 氨酸羟 化酶, 苯 
丙氨酸 不能转 变成酪 氨酸, 即从 另一代 谢途径 脱去氨 基而生 成苯丙 酮酸, 后者 的堆积 对神经 
有毒性 作用。 所以, 患儿的 智力发 育出现 障碍, 血中 苯丙酮 酸含量 升高, 尿中 排出大 量的苯 
丙 酮酸。 其 治疗原 则要早 期发现 和控制 膳食中 苯丙氨 酸的摄 入量, 患儿可 以得到 较好的 预后。 
人 参干浸 膏小剂 量能使 脑干的 多巴胺 (Dopami n )、 去甲 肾上腺 素明显 增加, 促使" C 的苯丙 
氨酸透 过血脑 屛障, 而苯丙 氨酸为 脑内生 物胺的 前体, 有利 于记忆 功能。 

■ r >. 分枝 氨基酸 的代谢 分枝 氨基酸 包括亮 氨酸、 异亮 氨酸、 缬 氨酸, 它们 都是必 需氨基 
酸。 三种 氨基酸 残基的 侧链都 具有疏 水性, 对 维持蛋 白质的 立体结 构是重 要的。 它们 在分解 
代 谢时, 首先 通过转 氨基作 用生成 相应的 a- 酮酸, 后者进 一步氧 化、 脱羧 而降解 成脂酰 CoA。 
亮 氨酸的 分解代 谢最后 生成乙 酰乙酸 及乙酰 CoA, 异亮 氨酸最 后生成 为丙酰 CoA 及乙酰 
CoA, 缬 氨酸为 琥珀酰 CoA. 

遗传 性缺乏 分枝酮 酸脱氢 酶可引 起三种 相应的 a- 酮酸 的积累 并随尿 排出。 因其有 甜的气 
味, 故这种 酮酸尿 称为" 槭糖尿 病"。 除 非患病 婴儿以 低含量 分枝氨 基酸的 人工蛋 白质来 进行治 
疗, 否则 该病是 可以致 死的。 有 的报道 指出, 在正常 人血清 中分枝 氨基酸 与芳香 氨基酸 ^ mol/ 
L 的 比值为 3 , 如比值 严重下 條<1, 往往出 现较 重的脑 症状, 故 认为分 枝氨基 酸的代 谢异常 
与肝性 脑病的 发生有 一定 关系。 氨 基酸与 脂肪、 糖代 谢的联 系如图 9 - 9。 

许多 临床观 察及动 物实验 指出, 肝性脑 病和多 种肝病 时氨基 酸代谢 有明显 改变。 主要表 
现为 血浆中 芳香族 氨基酸 (苯丙 氨酸、 酪 氨酸, 简称 AAA) 的浓度 增高, 分枝 氨基酸 (亮 
氨酸、 异亮 氨酸、 缬 氨酸、 简称 BCAA) 的浓度 减少, BCAA/AAA 摩 尔比值 降低, 这些 
血浆 氨基酸 的失衡 与肝性 脑病的 发生、 发 展密切 相关。 因此, 可用 BCAA 或 以它为 主的混 
合氨 基酸注 射治疗 肝性脑 病及其 它肝病 患者, 纠正 血浆氨 基酸的 失调, 可取 得一定 疗效。 

6. 氨基酸 与生物 碱的生 物合成 生物碱 合成于 高等植 物中, 但在低 等有机 体和某 些动物 
体 中也能 生成。 它们 是一类 含氮的 有机化 合物, 具有碱 性特征 和明显 的药理 活性。 而 在植物 



― 221 一 



笨丙 js^ 
天门 冬氨酸 



葡萄糖 




丙 s@ - 

?!^^ 醉式 丙函羧 /、 i 

「 , \ 

天门 冬酰胺 
i 天门^ ^改 "、~ 

柠镲酸 




、乙酜 CoA 乙 銑乙酰 CoA 

V 



1 草 酰乙酸 



\ 

coa 



异 究氨^ 

mm 

mm 



-酾 戊二酸 ■ 



图 9-9 氨 基酸与 脂肪、 糖代谢 的联系 
中它们 是由氨 基酸或 由其衍 生物合 成的。 许 多天然 产物化 学家和 生物化 学家采 用标记 生物據 
的 前体, 生物 合成生 物碱。 实 验资料 证明, 在植 物界中 有五种 氨基酸 —— 苯丙 氨酸、 酪 氨酸、 
色 氨鲛、 赖 氨酸、 鸟氨 酸是大 多数生 物碱的 前体。 例如, 苯 丙氨酸 可转变 为天仙 子胺, 酪氨 
睃可 生物合 成佩洛 亭等, 其 结构式 如下: 

(.) COOH 

I-- — ^ — \ 

•O— C — 

II 



CH 9 



^ ! _ 




(2) 



CHNH, 
ioOH 

苯 丙氨鲛 
OH 



天 仙子胺 




CH, 



CH 



,人 人^ N \W, 
OH 



C 

CH, 



(3) 



■CH 4 — CHCOOH 
NH, 



佩浴亭 ' 

^N— 一 CHi 一 《=: 



色氨酸 



H 

, 芦竹碱 (大 麦萌 芽时〉 



酸酜酸 ^酸 

氣祭 氨贫 ii» 

谷谷 组;^ 精 



— 2« — 



(4) 



<5) 



NH t 

CHNH, 

COOH 

赖氨酸 
NH, 

(CH S ), 

CHNH, 

COOH 

鸟氨酸 



〈 



\ N 八 



\ 入 z 



金 雀花碱 (金 链花厲 植物) 

-CH,— OH 




毒豆铽 



* 第九节 激素 对蛋白 质代谢 的调节 
―、 甲状 腺激素 ' 

给动 物一次 注射甲 状腺激 素后, 首先发 现某些 RNA 增加, 隨之 RNA 聚合 酶活性 增加。 
然后 一系列 酶活性 增加。 如线 粒体中 的细胞 色素氧 化酶的 增加和 代谢的 改变。 甲状腺 激素对 
整体 动物蛋 白质的 影响, 因用量 不同而 有质的 差异。 若 给大剂 量的甲 状腺素 (T 4 ) 则 蛋白质 
合 成受到 抑制, 血浆、 肝 和肌肉 中的游 离氨基 酸浓度 升高。 人患 甲状腺 功能亢 进时, 常出现 
负氮 平衡, 可 能是氨 基酸用 于分解 供能造 成的。 相反, 在 甲状腺 功能减 退时, 体内蛋 白质合 
成 和分解 均趋向 缓慢。 

二、 糖皮 质激素 

糖 皮质激 素的各 种作用 主要是 通过影 响靶细 胞中核 酸的代 谢来实 现的。 皮 质醇最 初可诱 
导细 胞中合 成某种 特殊的 mRNA。 后者 能翻译 出抑制 细胞膜 转运功 能的蛋 白质, 使细 胞对葡 
萄糖、 氨基 酸等能 源物质 和合成 代谢各 种原料 的摄取 降低, 以致 细胞的 各种合 成代谢 (包括 
RNA 合成) 均受抑 制而分 解代谢 增强。 糖皮质 激素对 DNA 的合 成也有 作用, 并和 RNA — 
样, 存 在显著 的组织 差异, 如接近 生理剂 量的考 的松即 可抑制 鼠肝、 心、 肾和骨 胳肌中 DNA 
的 合成。 糖皮质 激素可 增强氨 基酸的 糖异生 作用。 长期应 用大剂 量溏皮 质激素 治疗, 能引起 
氮的负 平衡。 

'三、 性激素 

雄性 激素中 以睾酮 (双氢 睾酮) 的活性 最强, 动 物给睾 酮后, 全身 蛋白质 的食成 增加, 而 
氨基 酸的分 解代谢 减弱, 尿 中排氮 量显著 减少, 呈氮正 平衡。 孕 酮能促 进性器 官合成 蛋白质 
(孕 爾主要 由黄体 分泌的 ), 但这一 作用不 如睾酮 明显, 并且 需要预 先有雌 激素的 准各。 但孕 
激素 (人 体内真 正的孕 激素为 孕嗣) 对周围 组织则 有促进 蛋白质 分解的 作用, 可能由 孕激素 
促进 肝脏从 循环中 摄取氨 基酸, 血 液氨基 酸浓度 下降, 从而引 起组织 蛋白质 分解。 雌 激素可 
直 接促进 子宫和 肝脏蛋 白质的 合成。 



— 223 — 



四、 生 长激素 (GH) 

生 长激素 能促进 蛋白质 合成, 使 动物呈 现氮正 平衡, 由 于氨基 酸的分 解 减少, 因 而血浆 
和 尿中尿 素含量 下降。 GH 能促 进某些 氨基酸 (特别 是亮氨 酸和甘 氨酸) 进入 细胞, 使血浆 
中氨基 酸水平 下降。 

五、 胰 岛 素、 

胰 岛素能 促进丙 氨酸、 甘 氨酸、 组 氨酸、 脯 氨酸等 氨基酸 进入细 胞内, 使细 胞内利 ffl 的 
氨基酸 增多。 胰 岛素还 能促进 氨基酸 活化, 增加肌 肉 中 亮 氨酰 -tRNA 和 酪氨酰 
- tRNA 的 形成, 有利于 蛋白质 合成。 胰岛 素还能 增加参 与转录 过程的 RNA 聚合酶 活性。 Tt 
实验 中加入 放线菌 D 后, 胰岛 素仍可 以促进 肌肉蛋 白质的 合成, 说 明胰岛 素同样 可以影 响翻. 
译 过程。 胰 岛素尚 有抑制 组织蛋 白质分 解的作 用等。 



一 224 一 



第十章 核苷 酸代谢 



核酸 是生物 体的基 本组成 成分, 也 是体内 重要的 含氮化 合物, 它的 基本组 成单位 是核苷 

酸。 从化 学组成 来说, 核酸就 是多核 苷酸。 核糖 核苷酸 组成核 糖核酸 (RNA)。 脱氧 核糖核 
苷酸 则组成 脱氧核 糖核酸 (DNA)。 DNA 是遗传 的物质 基础。 RNA 除 参与蛋 白质的 生物合 
成过 程外, 目前证 明其本 身就是 生物催 化剂。 核苷酸 除参与 组成核 酸大分 子外, 还参 与很多 
细 胞生化 过程, 如 cAMP、 cGMP 是调节 代谢的 物质, ATP 是 能源, UDP、 CDP 及 GDP 
分 别参与 糖原、 磷脂及 蛋白质 的合成 。腺 苷酸还 是重要 的辅酶 (如 NAD+、FAD 及 CoA 等) 
的组成 成份。 此外, 目 前还发 现另一 些具有 生物活 性的核 苷酸, 如核苷 多 磷酸、 3"- 多 
磷 酸化合 物是细 菌在不 利环境 (如 氮源 缺乏) 作出" 严格 控制" 的 反应信 号 分子。 而一些 
相连 的二核 苷多磷 酸则是 一些动 物卵中 的储能 物质和 营养的 另一种 形式。 2' — 5, 相连 的寡聚 
核苷 酸有抑 制病毒 生长和 促进巨 噬细胞 呑噬的 功能。 

体 内的核 苷酸可 来自食 物中的 核酸, 但 主要由 机体细 胞自身 合成。 因此, 核酸不 属于营 
养必需 物质。 

食物中 的核酸 多与蛋 白质结 合成核 蛋白, 核蛋 白在胃 中受胃 酸的作 用分解 成核酸 和蛋白 
质。 核酸进 入小肠 后受胰 液与肠 液中各 种水解 酶的作 用逐步 水解。 胰液 中有核 酸内切 酶和核 
酸外 切酶。 它 们是磷 酸二酯 酶类。 前者从 多核苷 酸分子 内部切 断磷酸 酯键, 使 核酸大 分子水 
解 为寡核 苷酸的 小分子 片段。 后 者从核 酸分子 的末端 起逐个 水解产 生单核 苷酸。 核酸 酶可分 
为核糖 核酸酶 (RNase) 和脱 氧核糖 核酸酶 (DNase) 。单 核苷酸 在胰、 肠液中 被核苷 酸酶水 

解成 核苷和 磷酸。 核 苷又被 核苷酶 水解成 碱基和 戊糖; 也 可在核 苷磷酸 化酶的 作用下 磷酸解 
为碱基 和磷酸 戊糖。 

细胞中 DNA 的含 量相当 恒定, 而 RNA 的 含量却 有显著 变化。 DNA 在细 胞中是 一种较 
为 稳定的 成分, 其分 解速度 很慢, 不像 RNA 那 样代谢 活跃。 细胞中 DNA 酶含 量高。 这种 
酶的 生理功 能可能 是消除 异常的 外源性 DNA, 以维持 细胞遗 传的稳 定性。 

蛋白质 

胰 核酸酶 



食物 核蛋白 



胃酸^ 鹼 (磷厘 卫酯晦 核苷酸 

RNase, DNase 核 f | 苷酸酶 (胰 及肠) 

(磷, 单 酯酶) 

飞苷. +H 3 PO, 



核苷酶 



碱基 戊糖 



i 

^基 + 磷 酸戊糖 

图 10-1 核酸 的消化 

核苷酸 及其水 解产物 均可被 吸收。 吸收后 的核苷 酸及核 苷的绝 大部份 在肠粘 ^细 胞中又 



缺进 一步分 解, 分解 产生的 戊糖被 吸收而 参加体 内的 戊瑭 代谢, 嘌呤和 嘧啶碱 则主要 被分弒 
排出 体外。 由此 可见, 食 物来源 的嘌呤 和嘧啶 碱极少 被机体 利用。 下面 分别介 绍嘌呤 及嘧啶 
核 苷酸的 代谢。 



笫一节 嘌 呤核苷 酸代谢 

一、 嘌呤 核苷酸 的合成 

体内嘌 呤核苷 酸合成 有两条 途径。 一种是 从头合 成途径 (ck novo synthesis); 即机体 
利用一 些简单 化合物 如磷酸 核糖、 氨 基酸、 一碳 单位、 C0 2 等合成 嘌呤核 苷酸。 另一 种是利 
用体 内游离 的嘌吟 或嘌呤 核苷, 经过比 较简单 的反应 过程, 合成 嘌呤核 苷酸, 称为补 救合成 
途径 (Salvage pathway), 脑、 骨 髓等组 织就以 补救合 成途径 为主。 肝组织 以从头 合成途 



径 为主。 

(-) 瞟呤 核苷酸 的从头 合成途 

径 



夭冬 氨致 



、- 



C0 2 



一 卞,^ 



甘弒 B 
/ 



一 基 



c s 、 3 Ug 火 9 / 



sc 一一 Bum 



谷氨酰 k 
的酰胺 a 

图 10-2 嘌呤 环的原 午来源 



腺嘌 



同位 素实验 证明, 嘌呤 环上的 O 
4, C-5, 及 N-7 来自甘 氨酸, 而 C-2, 
C - 8 为一碳 单位。 N-3 和 N-9 则 为 
谷氨酰 胺的酰 氨氮, N-1 由天 冬氨酸 
供给, 而 C-6 则来自 C0 2 。 见图 1G-2 。 

肝是 体内从 头合成 的主要 器官, 
其次 是小肠 粘膜及 胸腺; 合成部 位在胞 浆中。 机 体首先 合成次 黄嘌呤 核苷酸 (IMP) 
呤 核苷酸 (AMP) 及 鸟嘌呤 核苷酸 (GMP) 则由 IMP 加工 生成。 

1. IMP 的合成 从 5- 磷鲛铰 德 开始, 先合成 5- 磷酸 核糖- 1- 焦 磷酸酯 (PRPP)。 然后 
经过 十步反 应合成 IMP。 

(1) 5- 磷 酸核糖 -1- 焦磷酸 (PRPP) 的 生成: 来自磷 酸戊锗 通路的 核糖- S-^^ 酸, 从 ATP 

中取 得焦磷 酸生成 PRPP, 作为 合成嘌 呤核苷 酸的起 始物。 参与 此反应 的酶为 核糖磷 酸焦磷 

酸 激酶, 它能 直接将 ; ATP 上的焦 磷酸转 移给核 糖的第 一位碳 原子。 


II H 
"0— POCH 2 H atp a a/TP 0— P0CH 2 H 

-O /, \ \ I -o 



/H H、 



H ! ~" I OH 
HO OH 



核 糖磷酸 
焦磷 酸激^ 
Mg 2+ 



/H H 



H 



HO OH 



核糖 -5- 碟酸 









B 

)— P— 


( 

一 P — 0一 


- 


o- ; 


PRPP 





(2) 次 黄嘌呤 核苷酸 (IMP) 的 合成: IMP 的合成 过程较 复杂, 共需 10 步 反应, 大致 
可 分二个 阶段。 第一 阶段, 生成闭 合的哝 唑环, 共 有五歩 反应。 

(D 谷 氨酰胺 (Gin) 侧链氨 基取代 PRPP 之 C-1 上 的焦磷 酸基, 形成 5- 磷酸核 糖胶, 催化此 反应的 ^为 
PRPP 酰胺转 移酶. : 



-226 一 



a> 甘 氨酸在 atp 的 供能下 参与合 成甘氨 酰胺核 苷酸. 这是一 种类核 苷酸, 甘 氨酰胺 也是一 种含掇 碱. 

© 四氢叶 酸供给 一碳单 位生成 甲酰甘 氨酰胺 核苷酸 (FGAR), 此一 碳单位 给嘌呤 环引入 C-8. 

④ 谷氨 酰胺与 FGAR 反应 并消耗 ATP, 生 成甲酰 甘氨脒 核苷酸 (FGAM). 此 谷氨酰 胺提供 嘌呤环 
上的 N-3. 

⑤ FGAM 脱水 环合成 5- 氨 基眯唑 核苷酸 (AIR). 

第二 阶段, 5- 氨基 咪唑核 苷酸经 羧化, 转甲基 再脱水 环合成 IMP。 

© 5- 氨基 咪唑核 苷酸羧 化形成 5- 氨基 -4- 羧 基咪唑 核苷酸 (CAIR), 此 羧化的 碳源为 CO, 或碳 酸盐, ' 
组成嘌 呤环上 C-6. 

® 上 述产物 与天冬 氨酸缩 合生成 5- 氨基 -4(N- 琥 珀基) 甲 酰咪唑 核苷酸 (SAICAR). 




0- 

I 

i- 

HO 

甲號 甘笾脒 抆苷^ 



— H 

r ^ In HO 

ADP+Pi 1 甲 St 甘 

-该 , 敏 



H 

HO ~0H 
甘 3 酰肤 核苷 



ADP+Pi 



COO" 
SC-N-0 

ADP+Pi 



ir N c 



CH 



一 H ^L^loo- TSn 



H 2 N 



" 、,0H 

八 / 



Asp. 



CH» 丄, N、 

An, 



5~SII 咪)! £0 [苷 



E-5'-? 



5-®?S-4-(N-:S 珀基) 
S 甲酰 核贤政 



图 10-3 imp 合成的 全过程 

囝中^ 号 ® PRP:、5I 胺转! ?酶 © 甘氨酰 胺核苷 K 合成 © 甘氣 Bt 胺核苷 
眩转甲 ® P 酖甘 抆 合成& © 氮基咪 唑核苷 ^合成 61 © g 基眯 
唑核 f'KBi 化^ © £53:^ 珀改^ 甲 酰咪唑 核苷酸 合成^ © ^tT 酸琥珀 酸裂合 BI 
® 氨! T> KM. 唑 tTfTK 转甲 KSBS © 次黄 8 吟 酸 环水解 » 



0HC 



OH 



I 

R-5-P 



/ Ha 甲欲 FH« 



II > 

w -- 

I 

R-5'-P 



5- 甲 甲 St 



'^甲 



o«8^ 一 



/// 一 

N、 NIR 



NIC 



》 



— 227 — 



® 在腺 苷酸琥 珀酸裂 解酶催 化下, 上述产 物释出 M 胡索酸 ,产生 5- 氨基 -4- 甲 酰咪唑 核苷酸 (AICAR). 
® 四氢 叶酸供 给一碳 单位, 生成 5- 甲 酰胺基 -4- 甲 酰咪唑 核苷酸 (FAICAR), 由 此引入 嘌呤环 上最后 
一个 C-2 原子。 

⑩ 在次黄 嘌呤环 化水解 酶的催 化下, 脱水闭 合生成 IMP (图 10-3)。 

2. AMP 和 GMP 的生成 IMP 是 AMP 和 GMP 的 前体。 IMP 在腺 苷 酸代琥 珀酸合 
成酶 及裂解 酶的作 用下, 以 天冬氨 酸供给 氨基, 取代 C-6 上的 羟基, GTP 供给 能量, 生成 
AMP. IMP 还可以 氧化成 黄嘌呤 核苷酸 (XMP), 后者由 谷氨酰 胺提供 氨基, 使 C-2 上氨 
基化 而生成 GMP。 (图 10 - 4) 



AMP 和 GMP 可进一 步在激 酶的作 用下, 以 ATP 为 磷酸供 给体, 经过 两步磷 酸化, 
分 别生成 ATP 和 GTP。 

(二) 嘌 呤核苷 酸的补 救合成 

有 些组织 能利用 现成的 嘌呤碱 或嘌呤 核苷重 新合成 嘌呤核 苷酸。 不 仅过程 比从头 合成简 
单 得多, 而 且耗能 也少。 这 过程称 为补救 合成。 

嘌呤核 苷酸补 救合成 途径的 生理意 义在于 节省能 量和原 材料的 消耗, 机体 对原材 料充分 
利用。 另一 方面, 脑和 骨髓等 不能进 行从头 合成, 只能利 用由红 细胞从 肝运送 来的游 离嘌呤 
碱 或嘌呤 核苷进 行补救 合成。 肝 脏是从 头合成 嘌呤核 苷酸最 活跃的 器官, 它可 以大量 释放嘌 
呤碱 入血, 提 供补救 合成的 原料。 

补 救合成 的反应 如下: 



睐 苷酸代 琥珀酸 I 

(AMPS) 核 S—P 







核 - P 
» 苷 K(AMP) 



图 10-4 IMP 转化成 AMP, GMP 



— 228 一 



腺嘌呤 + PRPP 



APRT 



► AMP + PPi 



这一反 应由腺 嘌呤磷 酸核糖 转移酶 (APRT) 催化 

次 黄嘌呤 + PRPP^_ PR 1 



鸟嘌呤 + PRPP 



HGPRT 



-IMP + PPi 
GMP + PPi 



催化上 述反应 的酶是 次黄嘌 呤一鸟 嘌呤磷 酸核糖 转移酶 (HGPRT)。 

从头 合成和 补救合 成均需 PRPP, 因 此补救 合成旺 盛时, 必 然会抑 制从头 合成, 反之亦 

然。 

嘌呤核 苷酸可 以相互 转变, 以保持 彼此的 平衡。 IMP 可转 变成' XMP、AMP 和 GMP。 
AMP 在腺 苷酸脱 氨酶作 用下, 可直接 转变成 IMP。 GMP 在鸟苷 酸还原 酶的作 用下, 进行 
还原 脱氨基 反应, 也 可生成 IMP。 因此, AMP 和 GMP 之间也 可相互 转变, 

二、 嘌呤 核苷酸 的分解 

核 苷酸的 分解代 谢类似 于消化 道中核 苷酸的 消化。 细 胞中的 核苷酸 在核苷 酸酶的 作用下 
水解成 核苷。 核 苷经核 苷磷酸 化酶的 作用, 磷 酸解成 自由的 碱基及 1- 磷酸 核糖, 后者可 转变为 



AMP- 



数 



NHj 



IMP 



GMP 



Pi 



H 3 
Pi 乂 

H 8 NH, 
膝苷 ^ 



Pi 



XMP 



Ea ®) 



次黄 《= 



® 



Pi 



R-l-P- 



R-l-P 



巧 

Pi 
"R-l-P 



贄 9 



、 
夕 




H,Oa 
H a0» HaO+Q, 




图 10-5 动物 体内嘌 呤核苷 酸的分 解代谢 

© 5'- 核 ff 酸 fi| ② 嘌呤 核苷磷 酸化酶 ③ 腺 苷酸脱 贫» 
© 腺 扦 脱贫嗨 © 鸟噤呤 脱氨酶 © 黄嚓呤 氧化酶 

5 -磷酸 核糖, 为合成 PRPP 提供 原枓。 嘌吟碱 可参加 核苷酸 的补救 合成, 也可分 解为^ 



一 229 一 



第二节 嘧 啶核苷 酸代谢 



一、 嘧啶 核苷酸 的合成 

嘧啶核 主要 包括 UMP 和 CMP, 它们 也有从 头合成 及补救 合成两 条途径 
(一) 嘧 啶核苷 酸的从 头合成 

同位素 证明, ^^环 也可利 用天冬 氨酸、 谷 氨酰胺 
和 C0 2 合成 & 见图 10- 6。 嘧啶 骨架先 合成, 然 后再与 
PRPP 相 连接。 A ' ' 

合 成过程 可分四 个阶段 

第一阶 在胞液 中生成 氨基甲 酰磷酸 • 谷 氨酰胺 
为 -嵐的 供体, 催化 的酶为 氨基甲 酰磷醆 合成酶 !!• 



I 1 

1 3, 5 j 

IcO, '—- C 2 i , 6 G 
》, 



天冬^ ft 



m io-6 嘧 啶环各 原子来 « 



酸, 随 尿排出 体外。 反应过 程见图 10-5。 

AMP 在相应 酶的& 用下, 生成 次黄苷 和次黄 嘌呤, 后者在 黄嘌呤 氧化酶 的作用 下生成 
黄' 嘌呤, 最 后生成 尿酸。 

GMP 在 核苷酸 酶及核 苷磷酸 化酶的 作用下 生成鸟 嘌呤。 后 者再在 鸟嘌呤 酶的催 化下生 
成黄 嘌呤, 最 后生成 尿酸。 

体内嘌 呤核苷 酸的分 鮮代谢 主要在 肝脏、 小肠、 及肾 IE 进行。 

尿酸 有醇式 和围式 两种。 醇 式具有 酸性, 所 以经常 以钾、 钠等盐 类形式 从尿中 排出。 正 
常人, 血浆中 尿酸含 量约为 2〜6mg%。 男性 平均为 4.5mg% 左右, 女性 平均为 3.511^%左 
右。 痛风 症患者 血中尿 酸含量 升高, 当超过 8nig% 时, 尿 酸盐晶 体即可 沉积于 关节、 软组 织、 
软 骨及肾 等处, 而 导致关 节炎、 尿路结 石及肾 疾病。 痛风 症多见 于成年 男性, 其原因 尚不完 
全 清楚, 可能 与嘌呤 核苷酸 代谢酶 的先天 性缺陷 有关。 此外, 当进食 高嘌呤 饮食、 体 内核酸 
大 量分解 (如白 血病、 恶性肿 瘤等) 戎 肾疾病 而尿酸 排泄障 碍时, 均可 导致血 中尿酸 升高。 
临床上 常用别 嘌呤醇 [(Allopuririol) 治疗痛 风症。 别嘌 呤醇与 次黄嘌 呤结构 类似, 只 是分子 
中 N 7 与 N e 互换了 位置; 》 故可 抑制黄 嘌呤氧 化酶, 从 而抑制 尿酸的 生成。 同时, 别嘌呤 在体内 
可经 过代谢 转变与 PRPP 反应生 成别, 呤核 苷酸, 这 样一方 面消耗 PRPP 而使 其含量 减少, 
另一 方面别 嘌呤核 苷酸与 IMP 结构 相似, 又可反 馈抑制 嘌呤核 苷酸从 头合成 的酶。 这两方 
面的作 用均可 使嘌呤 核苷酸 的合成 减少。 

目前认 为尿酸 可以清 除剩余 的自由 ^, 延缓 衰老。 在 特殊情 况下, 有报导 它可以 防癌。 
红细胞 膜很容 易遭到 过氧化 作用的 破坏, 而尿^ 有高度 的预防 作用, 比 血液中 其它抗 氧化荊 
强好 几倍。 



N 




H H 

次 黄嘌呤 别 嘌呤醇 



H- 

S 丄 



N- 



\.// 

H Y/ 

VI、 



一 230 一 



谷 氨酜胺 +2ATP +H C0,-if|^|f^L 

O 
I 

~ >H,N— C— 0- 



O 
! 

•P- 

O 



-OH+2ADP+2Pi + 谷氨酸 



第二 阶段, 氨基 甲酰磷 酸与天 冬氨酸 在天冬 氨酸转 氨基甲 酰基酶 (ATC 酶) 催 化下, 生成 
氨基甲 酰天冬 氨酸, 脱水 闭环, 后者生 成二氢 乳清酸 后用脱 氢生成 乳清酸 (Orotic Acid)。 

第三 阶段, 乳 清酸从 PRPP 获 得磷酸 核^, 在乳清 酸磷酸 核糖转 移酶催 化下, 生 成乳清 
酸核 苷酸。 后者脱 羧生成 UMP。 

第四 阶段, CTP 的生 成是在 UTP 的水 平上, 在 CTP 合成 酶的催 化下, 消耗 一分子 
ATP, 从谷 氨酰胺 接受氨 基而成 CTP。 

合 成的化 学过程 及参与 反应的 酶见图 10-7。 



ATP 、 CC.+Gln 




H 2 N 

O-C-O-PO3H3 



Nil 



\ Pi 



HOOC-CH2-CH-COOH 
天冬 



O 

11 

0=0 



CH 



C0 2 



o 

0=0. CE 

H C003 

夭冬 ^酸 



o 

乂 \ 



I 

H C0OH 

二氯 assi 

NAD* -si 



NADH- 



R-5-P 
尿" I 啶 核苷酸 

(UMP> 

atpU 

UDP— — 



0=C. 



II 

,C-C00H 



PCi PRPP 



EN 



、-/ 

R-5'-P 
IIS 酸 核苷珐 
<0MP> 



O 
II 

N " 



H 

?l 铕敏 



.0-00OH 



• dUDP 



ATP 
ADP 

UTP 
ATP 、U-Gln 



Pi + ADP 



UT 
CTP 



dUMP 



卜】 



■ FH a 

dTMP 

(sa 氣 w 苷 a> 

ump 的 合成及 其转变 

© ATCS ③ 二氢乳 淸酸癍 



图 10-7 

® 氨基甲 酰鸫^ 合成癍 (D ATC5S ③ 二氢乳 淸酸酶 ® 二 S 

乳淸酸 说氢^ © 乳清酸 i? 酸 核溏基 转移酶 © OMP 脱羧 » 
(D 核苷 酸还原 麻 © 胸苷 酸合成 65 



— 131 一 



尿嘧 啶核苷 酸转变 为胞嘧 啶核苷 酸是在 UTP 的水 平上进 行氨基 化而完 成的, 
NH 2 



HN 
= C 



+ NH 3 ( 或 Gin) 



CTP 合成酶 



ATP ADP + Pi 



N 

= C 



R-5'-PPP R-5-PPP 
UTP -' CTP 
(二) 嘧啶核 糖核苷 酸的补 救合成 

嘧 啶核苷 酸的补 教合成 有两条 通路。 例如, 尿嘧啶 再利用 可有以 下两种 方式: 
① 尿嘧啶 + FRPP— 尿 嘧啶磷 酸核糖 转整 皇 — UMP+ppi 



② 尿嘧啶 + 核糖- i-P— 尿 嘧啶核 苷磷酸 化酶— 尿苷 

^ATP 

尿 嘧啶核 苷激酶 



'ADP 



UMP 



二、 嘧啶 核苷酸 的分解 

嘧啶核 苷酸首 先通过 核苷酸 酶及核 苷磷酸 化酶的 作用, 分 别除去 磷酸及 核搪, 产 生的嘧 
啶碱再 进一步 分解。 胞 嘧啶脱 氨基转 变成尿 嘧啶。 尿嘧啶 ^ 原成 二氢尿 嘧啶, 并水解 开环, 
最 终生成 NH 3 、 C0 2 及 P- 丙 氨酸。 胸 腺嘧啶 降解成 P 氨基异 丁酸。 后 者可直 接随尿 排出或 
进一步 分解。 嘧 啶碱的 降解代 谢主要 在肝中 进行。 嘧啶 碱的降 解产物 均易溶 于水。 

至于 脱氧核 苷酸的 代谢, 现简述 如下: 

核 搪转变 为脱氧 核糖是 在核苷 二磷酸 (NDP) 水平上 进行, 反应由 二磷酸 核糖核 苷还原 
酶, 也 称核糖 核苷酸 还原酶 (Ribonucleotide reductase) 催化, 所有四 种二磷 酸核苷 (ADP、 
GDP、 CDP、 和 UDP) 都可 转变为 相应的 脱氧衍 生物。 反 应通式 如下: 

NDP + NADPH+H+ 核糖 核昔酸 还原晦 ->dNDP + NADP+ + H 2 
dTMP 是 dUMP 甲基化 生成, 此 反应由 N 5 , N 1Q - 亚甲基 四氢叶 酸提供 甲基, 由 胸腺嘧 
啶核苷 酸合成 酶催化 而成。 



HN 





II 



c=o 



CH 

II 

CH 





II 



胸苷酸 合成酶 



HN 



FH 4 — CH, FH 4 



C = 



C-CH, 

II 

CH 



dR-5'-P 
脱氧 尿苷酸 (dUMP) 



dR-5'-P 
脱氧 胸苷酸 (dTMP) 



dUMP 可由 dUTP 在 dUTP 痗 的儻化 下生成 



dUTP + H 2 



dUTP 酶 



dUMP + PPi 



此外, UDP 可以在 UDP 还原 酶作用 下生成 dUDP, 然^ 水 解生成 ciUMf。 
dUMP 也 可在脱 氨酶作 用下从 dCMP 生成。 



dCMP + H 2 



dCMP 脱氨酶 



dUMP+NH 



同位 素研究 表明, 在大 多数细 胞中, 经 dCMP 脱^ 生成 dUMP 是 dUMP 的主要 来源。 在 
哺 乳动物 细胞中 dCMP 脱氨酶 的活性 远大于 UDP 还 原酶。 

DNA 是 由各种 脱氧核 苷酸组 成的, 在不分 裂的细 胞中, 游离脱 氧核苷 酸含量 极低; 当 
细胞 分裂旺 盛时, 其含 量明显 增加, 以适应 DNA 的 需要。 



* 化 学结构 与生物 体内一 些必需 代谢物 (如合 成核酸 的原料 及辅助 因素) 相似的 人工合 成或天 然存在 
的 化合物 引入体 内后, 与 体内必 需代谢 物发生 特异性 的拮抗 作用, 从而 影响生 物体内 的正常 代谢。 这些化 
合物称 为抗代 谢物。 

抗代谢 物种类 很多, 如抗维 生素、 抗 激素、 抗氨 塞酸、 抗嘌 呤类, 抗嘧啶 类等. 抗代谢 物属于 竞争性 
抑 制剂. 二者 竞争与 酶蛋白 结合, 使酶失 去催化 活力, 物质代 谢就会 失常, 甚至抑 制生长 繁殖. 

抗 代谢物 的研究 对阐明 药物作 用机理 有很大 帮助. 例如 磺胺药 的化学 结构与 对氨基 苯甲酸 相似, 二者 
竞争 叶酸合 成酶, 使叶 酸合成 受阻, 细菌 生长受 抑制, 这就是 一例。 

抗代谢 物的研 究还为 寻找新 药提供 基础。 例如 化疗用 的抗肿 瘤药就 是这样 设计出 来的. 

一、 嘌 呤核苷 酸的抗 代谢物 

嘌 呤核苷 酸的抗 代谢物 是一些 嘌呤、 氨基酸 或叶酸 等的类 似物。 它 们主要 以竞争 性抑制 或以假 乱真等 
方 式来干 扰或阻 断嘌呤 核苷酸 的合成 代谢, 从 而进一 步阻止 核酸及 蛋白质 的生物 合成. 肿瘤 细胞的 核酸及 
蛋 白质合 成十分 旺盛, 由此, 这些 抗代谢 物具有 抗肿瘤 作用。 

嘌呤类 似物有 6- 巯 基嘌吟 (6-Mercaptopurine, 6MP), 6- 巯基鸟 嘌呤、 8- 氮 杂鸟嘌 呤等, 其中以 6MP 
在临床 上应用 较多. 6MP 的 化学结 构与次 黄嘌呤 相似, 唯一不 同的是 分子中 0: 6 上 由巯基 取代了 羟基。 
可 在体内 经磷睃 核糖化 而生成 6MP 核 苷酸, 并以 这种形 式抑制 IMP 转变为 AMP 及 GMP 的 反应. 6MP 还能 
直 接通过 竞争性 抑制, 影 响次黄 嘌呤- 鸟嘌、 吟磷酸 核糖转 移酶, 使 PRPP 分子中 的磷酸 核糖不 能向鸟 嘌呤及 
次 黄嘌呤 转移, 抑制补 救合成 途径。 此外, 6MF 核 苷酸的 结构与 IMP 相似, 还 可以反 馈抑制 磷酸核 糖酰胺 
转移 酶而干 扰磷酸 核糖的 形成, 从而阻 断嘌呤 核苷酸 的从头 合成. 



第三节 核苷 酸的抗 代谢物 





H 

6- 巯 基嘌呤 



次 黄嘌呤 



— 233 — 



! SHI 

I 一 ! ― I 



OH 



N 



CH 



、 X / C \ N / 
H 

e- 巯基 鸟嘌呤 



H 



8- 氮杂 鸟嘌吟 



氨基酸 类似^ 有気杂 丝氨酸 (AzaseHne) 及 e- 重 M- 5- 氧正 亮氨铰 (Diazonorleucine) 等。 它们 的化学 

结构与 谷氨^ 胺相 似, 可干 扰谷氨 銑胺在 嘌呤核 苷漦合 成中的 作用, 从 而抑制 嘌呤核 苷酸的 合成. - 
NH 2 

谷 氨酰胺 



H a N— C — C H 2 — C II s — C H— C H 

O . 

N + =N— CH 2 — C--0— CH 



NH S 
1 



CH— COOH 
NH, 



N + - 三 N— CH 2 — C — C H 2 — C 1 1 2 — C H— COOH 



^杂 丝氨酸 (重 氮乙酰 

丝赚) 



氧正 亮氨酸 



氨喋呤 (AmincpteHii) 及氨甲 ^呤 (Methotrexate, MTX) 都是 叶酸类 似物, 能竞 争性抑 制二氢 
叶酸还 原^, 使叶酸 不能还 原成二 氢叶致 及四氢 叶酸。 由此, 嘌呤分 子中来 自一碳 单位的 <:,及<:, 均 得不到 
供应, 从而抑 制了嘌 呤苷酸 的合成 。 MTX 在 临床上 用于白 血病等 癌瘤的 治疗, 



NK 2 

-C、 



'N 



R 



h 4 n //Cnx n / ' Cx 



CH 



COOH 

il H.| 
-C-N-CH 

CH 2 

CH 2 

COOH 



R = H 

R=CH 3 



氨蝶呤 
氨 甲蝶呤 



二、 嘧 啶核苷 酸的抗 代谢物 

与嘌呤 核苷酸 一样, 嘧啶 核苷酸 的抗代 谢物也 是一些 嘧啶、 氨基鲛 或叶酸 等的类 似物, 它们对 代谢的 
影响 及抗^ 瘤 作用与 嘌呤抗 代谢物 相似. 

嘧啶 类似物 主要有 5- 氟 尿嘧啶 (5FU), 其化 学结构 与胸 腺嘧啶 相似。 5-FU 本 身并无 生物学 活性, 在 
内转 变成一 磷绞脱 氧核糖 氯尿嘧 啶核苷 (FdUMP) 及 三磷酸 氟尿嘧 定核苷 (FUTP) 后, 才能 发挥药 
理 作用. 

FdUMP 与 dUMP 的结构 相似, 是胸苷 酸合成 酶的抑 制剂, 阻断 TMP 的 合成, 从 而影响 DNA 的 复制. 

FUTP 可以 FUMP 的形 式参入 RNA 分子. 异 常核苷 酸的参 入破坏 RNA 的 结构与 功能. 

氨基 酸类似 物及叶 設类似 物已如 前述, 它们主 要是使 dUMP 不能 利用一 碳单位 的甲基 化导致 dTMP 的 
生成 受阻, 从 而影响 DNA 合成. 

另外, 某 些改变 了核糖 结构的 核苷类 似物, 例如阿 苷, 也是重 要的抗 癌药物 ,阿 糖胞苷 能抑制 CDP 
还原成 dCDP, 也 能影响 DNA 的 复制. 





CH 2 OH 




5- 氟 尿嘧啶 



H J 一 I H 
OHH 



阿 糖胞苷 



目前, 发现很 多中药 能影响 核苷酸 代谢, 如能起 促进作 用的有 人参、 黄芪、 刺五 加等, 抑制核 苷酸^ 
谢的中 药如斑 蝥素、 猪苓、 青黛等 临床上 常配伍 应用于 抗肿瘤 治疗. 



cAMP 和 cGMP 是调 节细胞 代谢的 重要生 物活性 物质, 二者的 作用往 往是相 反的, 但又是 相辅相 成的, 
以 达到共 同维持 细胞内 代谢的 平衡。 因此, 有 人曾认 为他们 是阴阳 的物质 基础。 有些 中药以 通过影 响其浓 
度而 达到调 节细胞 代谢的 目的。 例如, 甘草 的有效 成分甘 草次酸 可抑制 磷酸二 酯酶的 活性, 因而能 增加胃 
幽门和 胃贲门 粘膜内 cAMP 的 含量, 而达 到抑制 胃酸的 分泌, 甘草有 治疗胃 溃疡的 作用可 能与此 有关. 

黄 芪可使 细胞的 生理代 谢明显 增强, 显 著提髙 小鼠血 浆和组 织内的 环核苷 酸量. 以 水煎剂 灌胃. 每日 
0.5ml, 连续 10〜14 天, 可使 血浆中 cAMP 含 量明显 增高, 用黄芪 提取物 或服用 黄芪干 浸片, 也 均可见 cAMF 
显著 增加. 

用 青黛治 疗慢性 粒细胞 性白血 病时, 病情 好转与 血液中 cAMP 的含 量上升 有关. 猪 苓也可 用于抗 肿癍, 
发现猪 苓提取 物能提 高肿瘤 细胞的 cAMP 的 含量, 抑制 磷酸二 酯酶的 活性. 

小 剂量的 人参能 使脑干 中的多 巴胺, 去甲 肾上腺 素明显 增加和 5-HT 减少, 但脑 皮质中 5-HT 及 腺苷环 
化酶的 活性及 无机磷 增加, 促进" C 标记 的苯丙 氨酸通 过血脑 屛障. ;而大 剂量则 能使皮 质及脑 干中的 腺苷环 
化 酶活性 下降, 从 而使脑 干中的 cAMP 含量 下降. 

党 参与黄 芪是临 床常用 的益气 中药, 两 者配伍 制成注 射液, 能 增加家 兔血小 板内的 cAMP 和 cGMP 的 
含量。 有人 认为两 药有抗 血小板 凝聚的 作用. 这 可能与 cAMP 的含 量增加 有关. 活血 化瘀中 药益母 草也有 
以上 相似的 功能, 实验报 告证明 也能提 高血小 板内的 cAMP 含量, 但对 cGMP 含 量则无 影响. 



第四节 中 药对环 核苷酸 的影响 



— 235 — 



第 十一章 DNA、 RNA 及蛋白 质的生 物合成 

一 切生物 都能把 它的各 种遗传 特征传 递给下 一代, 靠什么 来传递 ?在 十九世 纪有人 提出靠 
所谓" 基因" 传递的 概念, 但什 么是" 基 因", 那 是十分 抽象、 全无所 知的。 到了 本世纪 四十年 
代, 发 现细胞 里的核 酸是决 定遗传 的物质 基础, 到这时 才把" 基因" 的概 念物质 化了, 就是说 
"基 因" 是核酸 分子上 的功能 单位。 这是 生物学 上的一 项重大 突破。 核 酸中的 脱氧核 糖核酸 

(DNA) 是遗传 的物质 基础, DNA 分子上 各种核 苷酸的 排列顺 序可以 储存大 量的遗 传信息 
(所 谓" 基因" 就是 DNA 分子中 有一定 功能的 片段) 通过 DNA 的 复制, 把遗 传信息 一代一 
代 地传递 下去。 DNA 还可把 信息转 录给核 糖核酸 (RNA), 以 RNA 为 模板, 将从 DNA 上 

转录来 的信息 再翻译 成新合 成的蛋 白质。 - 



第一节 DNA 的生 物合成 

一、 半保 留复制 

DNA 作为 遗传物 质的基 本特点 就是能 够准确 地复制 自己。 按照 华特逊 (WatsorO 和克里 
克 (Crick) 于 1953 年 提出的 DNA. 分 子双嫘 旋结构 模型可 以说明 DNA 的复制 过程。 在复制 
过 程中, DNA 分 子的两 条多核 苷酸链 折开为 问 条单链 ,然后 分别以 这两条 单链为 模板, 根摒 
碱 基配对 法则合 成和这 两条单 链相对 应的另 外两条 单链, 新合成 的两条 单链与 模板的 结构并 

A ^A^-B A. B 亲代 DNA> , 



C-G- 
A-T- 
T〜A" -'、 
A'"T〜 、、、 
G〜c". 、、 

、、、 一 G 
\ — T 
—A 
一 T 
一 C 

」 1 

-A-T- 
…丁一入… 
...A...T — 

...G...O. 

图 li-i DNAg 制模型 图 11-2 DNA 双股螺 旋分子 的复制 




ae; a b 子代 d【u 



— c 

—A X' 
— T 
—A 
— G 



••C-G- 
•A-T- 
T-A- 
•A-T- 
•G-C- 




\ /、 

t 卜 \ , 



一 236 一 



不 相同, 但是两 者是互 补的。 在这种 复制方 式中, 形 成的两 个子代 DNA 分子 中一条 单链是 
来自 原来的 DNA 分子 (亲代 DNA 分子 ), 另一条 是新合 成的。 因此, 称为 半保留 复制。 在 
这种 复制过 程中, 生 成的两 个子代 DNA 分子与 原来的 DNA 分子片 段的结 构完全 相同, 而 
且两 个子代 DNA 分 子结构 也彼此 相同。 

1958 年 以来, 分别应 用放射 自显影 法和同 位素标 记的密 度梯度 离心法 , 测 定大肠 杆菌的 
DNA 。结果 证明, 每经 过一次 合成, DNA 分 子总有 一半是 原有的 成分, 另一半 是新合 成的成 
分。 如图 11-1、 11-2 所示。 

二、 参与 DNA 复 制的主 要酶类 

从 DNA 复 制过程 模式图 10-5 中可以 看出, 复 制过程 的显著 特点是 涉及到 多种蛋 白质错 
综复杂 的协同 作用。 分析 表明, 在 DNA 复制中 至少有 15 种蛋 白质直 接参与 作用。 现 将其主 
要参 与的酶 类分述 于下: 

1. DNA 聚合酶 从 原核细 胞大肠 杆菌中 已分离 出三种 DNA 聚 合酶, 它 们发挥 作用时 
都 需要以 DNA 为 模板, 故称为 DNA 指导的 DNA 聚合酶 (DNA Dependent DNA Pol- 
ymerase; DDDP)。 DNA 聚合酶 I 分 子量为 109kdal 的蛋 白质, 现已 得到高 度纯化 制品, 其 
聚合 作用表 现在当 进入的 dNTP (任 何一 种脱氧 核苷三 磷酸) 的碱 基与模 板上的 碱基配 对时, 
DNA 聚合酶 I 使引物 3'— OH 向 dNTP 的 a- 磷 酸发生 亲核攻 击形成 磷酸 二酯键 (释 
放出 PPi, 后 者被焦 磷酸酶 水解为 Pi), 反 应向聚 合方向 (S^— 3/ ) 进行 (参 阅图 11-3)。 
DNA 聚合酶 I 尚具有 3' — 5' 核酸 外切酶 活性, 即从生 长链的 3'— OH 末 端水解 3、 5^ 磷 
酸二 酯键, 释放 出单核 苷酸。 该酶的 主要作 用是在 3'— OH 末端 除去损 伤的或 不需要 的单核 
苷酸 (已连 接在链 上的错 误核苷 酸), 纠正' 在 复制过 程中的 错误, 从 而保证 DNA 复 制的精 
确性。 DNA 聚合酶 I 还有 5'一 3' 核酸 外切酶 活性, 从 乂末端 水解除 去引物 RNA, 以及在 
损伤 修复中 移去损 伤的多 核苷酸 片段和 错误的 片段。 总之 DNA 聚合酶 I 具 有除去 引物, 修 
复 损伤及 变异, 填补 空隙等 功能。 DNA 聚合酶 n 的生 理意 义尚不 明确。 DNA 聚合酶 m 参与 
合成绝 大部分 新生的 DNA 链。 上 述三种 DNA 聚合 酶都以 DNA 作为 模板, 催化四 种脱氧 
核糖 核酸沿 5'— 3' 方向 聚合, 它们都 不能从 头合成 DNA 而只 能在一 个原有 的 多 核 苷酸链 

(引物 ) 的 3'-OH 末端 上延长 DNA 链。 

2. 引物酶 (Primase) 它是一 种 特定的 RNA 聚 合酶。 在 DNA 复制过 程中, 需 要合成 
一短链 RNA (3〜10 个核 苷酸) 作 为合成 DNA 的引物 (Primer), 即通常 称之为 RNA 引 
W RNA 引物的 碱基与 DNA 模 板是互 补的, RNA 引 物是由 引物酶 催化合 成的。 引物 可 
被 DNA 结 合蛋白 启动。 

3. 参 与双股 DNA 解 链的酶 DNA 分子 具有双 股螺旋 结构, 同时 碱基又 位于双 股螺旋 
中间, 如 不松解 螺旋, 不解 开双股 (链) 则碱 基不能 暴露, 也就不 可能在 模板上 按碱基 配对原 
则进^ DNA 复制。 在复 制时这 种螺旋 缠绕结 构必须 解开, 至少解 开一小 片段, 以便 每股多 
核苷酸 链能起 到模板 作用。 DNA 解 开缠绕 之前, 经拓朴 异构酶 (Topoisomerase), 原核细 
胞 中又称 回旋酶 (Gyrase; 促 旋酶) 的作 用下在 DNA 中引进 一活节 (Swivel), 以 适应解 
开双股 螺旋的 需要; 其机理 可能是 在邻近 岔口前 面处的 一股上 造成一 缺口, 让其 回转数 转后再 
1: &起来 。经 过回旋 酶作用 之后, 再由 解链酶 (Helicase, Unwinding Protein, DNA 嫘 旋嗨; 
DNA ^链 蛋白) 借助 ATP 水解 释放的 能量, 恰在 复制叉 (Replication fork) 前解 开一小 



— W7 — 



feDNA, 使每一 碱基对 分开。 碱塞对 一但被 分开, 便 有几个 DNA 结 合蛋白 (DNA Bind 
tog Protein, DBP、 螺旋 减稳定 蛋白, Helix Destabilizing Protein, HDP) 牢固地 结合在 

每一 分开的 链上, 防止它 们重新 形成碱 基对, 使碱 基顺序 暴露, 便于进 行合成 DNA。 

4. DNA 连结酶 连接酶 能催化 DNA 单链 3' — 0H 末端 与另一 条链的 5'- 璘酸 末端之 
间形成 ^-, 磷酸二 酯键, 使两段 DNA 单 链连接 起来。 



« 

DNA 单链一 3' — 0H+-0— p— 0— 5'— DNA 单链 

- . 

1 DNA 连 接酶、 ATP (或 NAD+) 



DNA 单链一 3' — — P 二 0— 5'— DNA 单链 
_0 

DNA 连结酶 不但是 DNA 复 制时所 必需, 而且 也是在 DNA 损伤 修复及 在基因 重组中 
不 可缺少 的酶。 

综上 所述, 参加 解链、 解 旋的酶 如下: 解链酶 (Heli c a se )。 DNA 拓扑 异构酶 (DNA- 
Topoisomerase): 真 核生物 的拓扑 异构酶 I, 曾用 过多种 名称, 转环酶 (S w i V elase)、 解旋酶 

(Untwisting Enzyme) 、切口 一 封闭晦 (Nicking-elosing Enzyme) 和 松驰酶 (Relaxing 
Enzyme); 原 核拓扑 异构酶 II, 又叫旋 转酶、 促旋酶 (Gyrase)。 DNA 综 合蛋白 (DNA- 
Binding Protein; DBP) 又称螺 旋不稳 定蛋白 (Helix Destabilizim Protein, HDP)。 ,、- 

三、 DNA 的复 制过程 

1. 复 制叉的 形成与 RNA 引物 的生成 在起始 点上, 解链 酶借助 ATP 的能 量解开 DNA 
双 链并使 维持碱 基配对 的氢键 断裂。 此时在 DNA 拓扑 异构酶 n (回 旋酶) 作 用下, 在 将要打 
结 或已打 结处作 切口。 引物酶 辨认起 始点及 RNA 引物 生成。 

2. DNA 片段 的生成 当引物 酶合成 RNA 引物 之后, DNA 聚合酶 m 便逐 一把 脱氧核 
苷 三磷酸 (dNTP) 加到 RNA 引物的 3 '— 0H 末 端以合 成冈崎 (Okazaki) 片段 (链 的延 
伸)。 这一过 程包括 RNA 引物的 3' — 0H 对脱氧 核苷三 磷酸的 a- 磷酸 亲核攻 击和释 放焦磷 
酸, 如图 11-、3 所示, 这个 被结合 的脱氧 核苷一 磷酸的 3' — 0H 又对下 一个要 进入的 脱氧核 
苷三 礴酸的 a- 磷酸进 行亲核 攻击并 脱去焦 磷酸, 于是又 完成了 第二个 脱氧核 苷酸的 连接。 如 
此反复 进行, 即可完 成冈崎 片段的 合成。 合成时 仍按碱 基互补 原则, 以分开 的两条 DNA 链 
为 模板, 分 别合成 新的互 补链, 合成 的方向 仍然是 — 3/ , 聚合反 应直到 另一个 RNA 引物 
的 5' 末端 为止。 图 11-4。 

3. 终止 聚合 成一定 长度的 DNA 片段 之后, 即完成 与亲代 DNA 模板链 互补的 DNA 
链, 还需有 DNA 聚合酶 I 和 DNA 连接酶 参加。 DNA 聚合酶 I 是一 种多功 能酶, 除具有 
3'— 5' 核酸 外切酶 活性、 清除 RNA 引 物外, 尚有 聚合酶 作用, 能使 DNA 片段向 
3' — 0H 端 延伸, 填 补引物 留下的 空缺。 在 DNA 连接酶 催化下 将相邻 的每两 个冈崎 片段连 
接成复 制链, 从而生 成两条 新合成 的子代 DNA 分子。 实际上 DNA 分 子中两 条链的 复制方 
式 不同。 一条链 是连续 进行, 即不断 加上核 苷酸, 沿 — 方向 延长直 到所需 的长度 为止, 



— 238 — 




前导链 

图 〖1-4 在 RNA 引 物上合 成冈崎 片段显 示亲代 图 11-5 DNAgljjij 过 程模式 

模 板功能 



— 239 — 



此 链为前 导链。 另一 条链是 断续" ^成约 1,000〜2,000 个 碱基的 短链即 |;<】崎 片段, 其延 长方向 
也是 5/ — 3/ , 该片 ^不断 含 成, 不断地 在连接 酶催化 下连接 起来, 其长^ 与 前导链 相等, 这 
一 条为随 从链。 复制 过程总 结如图 11-5。 

四、 DNA 损伤 及修复 

1. DNA 的损伤 生 物在其 生存的 环境中 经常受 到各种 因素的 影响, 如紫外 线照射 、电 



离辐 射及改 变嘌呤 和嘧啶 结构的 化学因 子等都 
会引起 DNA 分 子中^ 基序列 的改变 (碱 基的 
更换、 丟失) 、骨架 中磷酸 酯键的 断裂、 两 条链之 
问 形成交 联等, 这些损 伤者不 能及时 修复, 将 
会影响 DNA 复制, 导 致基因 突变, 甚至死 
亡。 然而在 一定条 件下, 机体 能使受 损伤的 
DNA 得到 有效的 修复。 例如, 大 剂量的 紫外线 
照 射可使 DNA 链 中相邻 的胸腺 嘧啶核 酸之间 
形成 共价键 (二 聚体) 从而 对活细 胞造成 损伤。 
这种二 聚体的 形成会 阻 碍 DNA 聚合 酶的作 
闬, 影响 DNA 复制和 转录。 修复有 多种方 
式, 目前了 解比较 清楚的 是切除 修复。 

2. 切 除修复 切除 修复是 在一系 列酶的 
作用下 ,将 DNA 分 子中损 伤部分 切除, 并以完 
整 的另一 条链与 模板, 修补 切除的 部分, 使 
DNA 恢 复正常 结构, 修复过 程分四 部进行 (图 
11-6 ) 



uv- 特异 
rtwso w 口 



inniDi^liEnTmT 



DNA 551 合脔 I 
合成 DNA 



iniQinEEALLLUlll 



s'—3' 核 内 癍 
切^ 二 体 



zmninimi: 



DNA 连接 

连« 



umimmTcmiDioi 

图 11-6 切 除修复 

① 由 UV- 特异的 核酸内 切酶辨 认损伤 部位, 并于 5' - 末端邻 近二聚 体处作 t 刀口, 即切断 

邻 近损伤 部位的 磷酸二 酯键。 (D 剥开含 有二聚 体片段 ,以 切口链 3'— opi 末端 逐个接 上脱氧 

核 苷酸, 并以 另一条 完整的 DNA 链 为 模板, 按 — 方向在 DNA 聚合酶 I 的作 用下, 
修 补合成 小片段 DNA 补充已 切除的 空隙。 ③ 在具有 DNA 聚 合酶活 性的核 骏外切 酶的作 
用下切 掉含有 二聚体 的损伤 片段, ④ 在连接 酶的作 用下, 将新 合成的 DNA 片段与 原来的 
链连接 起来。 从而 完成修 复作用 。 

五、 反 向转录 

按照传 统的中 心法则 概念, 遗 传信息 的传递 只能由 DNA 到 mRNA, 再翻 译成蛋 白质。 
但近 年来, 在研究 致癌病 毒时, 发现一 种反向 转录酶 或称为 RNA 指导的 DNA 聚 合酶, 可 
催化反 向转录 过程。 即 以致癌 病毒的 RNA 为 模板, 按病毒 RNA 的 核苷酸 顺序, 合 成带有 
RNA 病毒 信息的 DNA 过程。 这一过 程与转 录过程 相反, 故称 为反向 转录。 病毒 RNA 指 
导 合成的 DNA, 通过复 制又可 以合成 致癌的 DNA 复 制品, 后者可 以整合 到宿主 的细胞 
DNA 中, 并随细 胞分裂 而传递 下去, 一 遇合适 条件, 便进行 复制, 产生 致癌的 DNA 分子, 
引 起细胞 癌变。 由 转录、 翻译合 成的病 毒蛋白 (又称 为转化 蛋白) 也 可以引 起细胞 癌变, 



致 ^DNAg 制品 - ~ > 整合到 宿主细 
复 个 

反向 转录酶 制 I • 
病毒 RNA >DNAZ 

转 | 

录 I 翻译 

mRNA 一" >病 毒蛋白 

由此 可见。 病毒 RNA 是致癌 的基因 物质, 但仅 有这种 RNA (基因 ), ^没 有传 递这种 
基因 的酶, 致癌 作用也 不可能 发生。 因此, 反向转 录酶很 有可能 是使细 iiS 变 的一个 关键因 
素。 此酶的 发现, 说明生 物体内 遗传信 息不仅 可以从 DNA 转录到 mRNA, 而且 $ 可以从 
RNA 反向 转录到 DNA 上, 使 传统的 中心法 则的内 容得到 充实和 发展。 但必须 指出, 除了 
部 分病毒 的遗传 物质是 RNA 外, 终 大多数 生物的 主要遗 传物质 仍然是 DNA Q 

"六、 基因突 变 

近 年来, 流 行病学 的研究 表明, 人 类肿瘤 (占 80〜90%) 是由环 it 中的致 癌物, 其中主 要是化 学的和 
物理的 因素诱 发的. 环 境中的 致突变 物造成 DNA 损伤, 若发 生在体 细胞中 则可导 致基因 突变, 最终 可能发 
展成为 癌变; 若发 生在胚 胎细胞 (生殖 细胞) 中则是 造成遗 传缺陷 的主要 原因. 除 此之外 , DNA 损伤 还可引 
^心 脏病、 衰老、 白内 障及发 育性新 生儿缺 陷等。 

遗传 物质是 相对稳 定的, 外 界因素 (包 括理化 因素) 的 影响不 能轻易 改变其 结构, 但当外 界因素 的强度 
超过 一定限 度时, 是可 变的. 遗 传物质 的变化 以及由 其所引 起的表 现型的 改变, 称 为突变 (Mutation), 
体细胞 突变理 论认为 细胞的 癌变是 体细胞 的基因 突变引 起的, 支持 这种理 论的证 据是: 无论 电离辐 射还是 
化学致 癌物几 乎都是 微生物 和人工 培养的 哺乳类 动物细 胞的有 效致突 变剂。 用物 理因素 或化学 致癌物 处理细 
胞, 无 论转化 与否, 往往显 示出染 色体的 畸变, 而 大多数 快速增 长的肿 瘤细胞 其染色 体组型 也多不 正常. 
. 1. DNA 的修 复与致 突变、 致癌 的关系 在 生物生 长的环 境中, 多种物 理和化 学因素 能引起 细胞内 DNA 
损伤, 而导 致基因 突变. 但又 存在着 DNA 修 复合成 系统, 修复 DNA 损伤, 使生 物体细 胞屎持 1、 目对 稳定性 
和遗 传上的 特征. 有 时一些 化学致 突变剂 或紫外 线引起 的损伤 不能波 修复。 或者 进行^ 误的 修复, 导致基 
E 突变, 表现出 物理、 化学 因素的 致突变 作用, 例如 SOS (是 呼救 信号, 为拉 丁语, Si Opus Sit, 必要 
时) 修复 系统, 就是在 正常情 况下并 不表现 出来, 要经过 诱导才 能出现 的修复 体系, 它是在 某些因 素引起 
DNA 合成 阻靳时 诱导产 生的. 由于 SOS 修复过 程中发 生错误 碱基的 插入, 所以又 将其称 为错误 倾向的 DNA 
修复. 在 细菌和 哺乳动 物体内 具有此 种修复 系统。 SOS 错误修 复可能 与癌变 有关。 在 人皮肤 的成纤 维细脑 
内由于 缺乏内 切酶, 不能进 行正常 的切除 修复, 有 可能诱 导产生 类似的 SOS 修复, 患 者对太 阳光较 敏感, 
日哂 后皮肤 红肿. 溃疡、 色素 沉着, 最后 引起皮 肤癌. 有些 致突变 剂, 如 2- 氨基 嘌呤, 现已 有间接 实验证 
明, 该化 合物不 能诱导 SOS 修复, 此点与 2- 氨基 嘌呤无 致癌作 用是一 致的. 以 上事实 说明并 非所有 的基因 
突变都 可导致 癌变, DNA 的 某些损 伤不足 以诱导 SOS 修复 反应, 就不 能导致 癌变。 

近 年来, 关 于癌的 发生, 提出一 种" 二 步论" 假说. 假说 认为, 一 个正常 细跑经 过二次 以上的 突变, 就 
可 能恶变 成恶性 细胞. 以后, 此恶性 细胞在 一定 的条件 下形成 增殖优 势而形 成癌. 一 种遗^ 型的癌 往往发 
病早, 而 且是多 发的, 非 遗传型 癌则发 病晚, 并 且是单 发的, 这 种现象 用体细 胞突变 易于解 释. 

2. 基因突 变类型 基 因突变 是由于 DNA 分子中 核苷^ 的排 列颇序 发生改 变而引 起的. 抆基因 变化的 
水平 分类, 可分为 基因内 突变和 基因间 突变, 分 别加以 叙述. 

(0 基因内 突变: 该突 变又分 为碱基 替换型 突变和 移码型 突变. 

® 碱基 替涣型 突变: 碱基替 换基本 上可分 为两种 类型, 嘌 呤取代 嘌呤, 嘧 啶取代 嘧啶称 为转换 (Tr- 
ansition), 有 四种可 能性, 即 A^G、 T^C. 嘌呤取 代嘧啶 或嘧啶 取代嘌 呤则称 为颠换 (Transversion), 
有八种 可能, 5P: A^T. A^C. G^C. G^T. 由于碱 基的取 代引起 DNA 分 子中核 苷酸顾 序的改 
变. 在 转录, 13 译 合成蛋 白质过 程中, 又会 对多肽 链中氨 基酸的 排列顺 序产生 影响, 因 而又分 为错义 突变和 



— 



无 (意) 义 突变. 

错 义突变 (Missense Mutation) DNA 分 子中碱 基对的 取代, 使得 mRNA 的某一 密码子 发生改 变, 

由 它所编 码的氨 基酸就 变成另 一种不 同的氨 基酸, 使得多 肽链中 氨基駿 的顺序 也相应 地发生 改变, 称为错 
义 突变, 

转换 颠换 

基因 -一 ACG > ATG— > AAG- — — - . 

C 代 T T 变 A 

i 1 1 
转录 UGC 一 UAC UUC 

1 i 1 
翻译 Cys - Tyr —- Phe 

(半胱 氨酸) (酪 氨酸) (苯丙 氨酸) …- 

' 无 (意) 义突变 (Nonsense Mutation) 由于 碱基的 取代, 改变了 mRNA 上的 一个密 码子, 如 这个密 
码 子出现 在基因 中间, 从而不 能继续 编码氨 基酸, 使肽 链的合 成到此 终止, 产 生无活 性的多 肽片段 称为无 
(意) 义 突变, 如色 氨酸的 基因是 ACC, 若 第三个 C 为 T 所 取代, 则 mRNA 形成的 UGA 使翻译 终止. 

基因 ACC — » ACT 

" 丄 丄 
^^^^ — — -- — -. \j g Cj"~ — — — — XJ G A. 

灣,, :,-::1 二:^ 1 Si^^ 

翻译 Trp —- 停止 

(色 氨酸) . 

总之由 于碱基 取代, 引起 错义突 变和无 (意) 义 突变, 使得 多肽链 中氨基 酸的顺 序发生 改变. 氨 基酸的 
顺序 决定蛋 白质的 二级、 三级、 四级 结构, 或者 由于肽 链合成 终止, 都可使 蛋白质 一 基因 表达的 最终产 
物部 分或全 部失去 活性, 从而 表现出 突变的 性状。 

② 碱 基加减 —— 移码 型突变 (Frameshift Mutation): DNA 分 子中一 对或少 数几对 碱基对 的增加 
或 缺失, 会导 致密码 编组的 移动. 例如, 一个 正常基 因的密 码编组 …… UUU, AAA, UUU …… , 当增加 
一个 A 时, 就 使编码 的顺序 发生了 改变, AUU, UAA, AUU, U …… , 其 后果将 导致蛋 白质的 氨基^ 
顺序的 改变。 

(2) 基 因间的 突变: 系指涉 及较大 范围内 的基因 改变, 甚至 可能产 生整个 基因的 转移. 有下述 几种情 

况: 

① 插入 (Insertion): —个 基因 组被一 外源的 DNA 片段 插入, 引 起该基 因表达 受阻. 

② 缺失 (Deletion): 常指 DNA 的较 大片段 丟失, 不同 于移码 型突变 中少量 的基因 丢失, 缺 失是较 
大的 掼伤, 常常 是不可 逆的。 

(D 重复 (Dcplicaticm): 系指 DNA 分 子中某 些片段 (或 某个 基因) 重复 出现。 

® 重排 (Rearrangement): 包括 倒位、 移位。 倒位即 DNA 片段切 断后, 钶转 了方向 又重新 接上, 
结 果有些 基因的 位置与 原来的 不同。 移 位是指 一个染 色体的 DNA 与另一 个非 同源性 DNA 连接在 一起, 即 
彼 此交换 位置, 与互换 相似, 但后 者发生 在同源 DNA 上。 

上述 DNA 的 种种变 化是基 因突变 的分子 基础, 各 种物理 和化学 的致突 变因素 作用于 DNA 分子, 改变 
了 DNA 的碱 基排列 顺序, 必然 导致以 DNA 为模板 的基因 表达物 —— 蛋 白质的 改变, 从而改 变生物 的遗传 
特征. 



— 242 — 



七、 基 因重组 

近 年来, 在生 物科学 领域内 新兴起 的一门 遗传工 程学, 其任 务是从 分子水 平研究 基因重 

组。 DNA 蜇组 (Recombination DNA), 又 称基因 工程或 称基因 操作, 是运 用工程 技术方 
法, 从体外 分离含 有需要 基因的 DNA 片段 (目 的基因 ), 将 其接到 适当的 基因载 体中, 并植 
入到宿 主体内 (常为 大肠杆 菌)。 培养宿 主细胞 ,产 生引入 DNA 片段 的克隆 (Clone), 最后 
有 选择地 复制含 有相关 DNA 片段的 克隆。 用于 DNA 重组 的工具 是限制 性核酸 内切酶 (Re- 
striction Endonuclease) 和基 因载体 (Vector of Gene) 

1. 目 的基因 的分离 目 的基因 一 人们所 需要的 基因, 一般 认为是 细胞染 色体上 具有能 
为一个 功能产 物如多 肽链或 RNA 分子 编码的 DNA 片段。 目 的基因 的来源 如下: ① ^接从 
染色体 DNA 分离。 这在原 核生物 中可以 得到, 但真核 生物, 例如 人类的 染色体 DNA 比细 
菌的 大千倍 以上, 较难用 直接法 取得。 ② 人工 合成。 一些简 单的多 肽链, 可在 已知其 一级结 
构 (可 推知其 目的基 因所含 的遗传 密码及 其排列 顺序) 的基 础上, 按这些 氨基酸 编码的 核苷酸 
序列 来合成 基因。 ③ 以 mRNA 合成 cDNA。 就 是先从 细胞中 提取 mRNA, 以 mRNA 为 
模板, 用反转 录酶合 成互补 DNA (cDNA), 经碱 处理除 去模板 mRNA, 再经 反转录 合成双 
股 DNA, 真核细 胞的基 因常用 此法来 制备。 

2. 载体 的制备 基因 载体是 指能 够携带 并转运 DNA 的特殊 载体, 其本 身也是 DNA, 
可在一 定宿主 细胞中 复制, 具有某 些遗传 特性, 还需 要有被 适当的 限制性 内切酶 的专一 切口。 
质粒 (Plasmid, 质体) 为任 何染色 体外能 自体复 制的遗 传单位 (DNA)。 是 常用的 基因载 
体。 常用 的质粒 (Plasmid) 有: 噬菌体 (为 线状 双螺旋 DNA)、 柯 斯质粒 (Cosmid)、 大 
肠杆菌 质粒。 质 粒通常 要经过 组建后 才能作 为基因 载体。 质粒 载体在 宿主细 胞内能 自我复 
制和 稳定地 保存, 且能使 所携带 的外源 DNA 忠实地 复制禾 g 高效 表达, 对多种 限制性 内切酶 
各有 其专一 切口。 理想的 质粒, 对同 一种限 制性内 切酶只 有一个 切口。 载 体质粒 (DNA) 制 
备的 主要步 骤是: 含质 粒的菌 种经过 培养扩 增后, 收集 菌体, 加酶溶 解或机 械破碎 菌体, 再 
用理化 方法除 去菌体 组分, 分离 纯化闭 环质粒 DNA。 常 用分离 方法有 Sephacryl-S-lOOO 凝 
胶柱 层析和 Sepliarose-2B 柱 层析。 

3. 工具酶 工具酶 是基因 工程技 术的重 要工具 ,应用 它可把 基因组 切断和 与载体 连接重 
组, 常用 的工具 酶有: 限制性 (核酸 ) 内 切酶、 DNA 连 接酶、 DNA 和 RNA 聚合酶 、末端 
转 移酶、 逆转录 酶等。 目前已 分离到 限制性 内切酶 400 种 以上, 主要是 从细菌 和霉菌 中得到 
的。 如 EcoRi 是从大 肠杆菌 & 株得 到的。 

4. DNA 重 组过程 体外 重组: 用破坏 细胞和 旋离的 方法提 取基因 载体, 并选用 适当限 
制性内 切酶, 切 割基因 载体。 以同 样的内 切酶切 割供体 DNA 得到目 的基因 DNA 片段, 切 
割后 基因载 体和目 的基因 DNA 具 有同样 的粘性 末端, 两者 同放于 较低的 温度下 (0lC〜12t)) 

12 小时以 上退火 (两 条变性 DNA 重新 组合成 螺旋的 缓慢冷 却过程 ), 互补的 粘性末 端配对 $ 
再在连 接酶作 用下, 将其连 成一个 整体, 即成 基因载 体和目 的基因 (DNA) 的共价 复合物 (杂 
交体 )。 

转化: 将体外 重组的 DNA 在一定 条件下 殖入宿 主细胞 中进行 培养, 随着 宿主细 胞的繁 

殖, 重组 DNA 进行 复制, 殖入的 基因也 增加, 并得到 表达。 

筛选: 根据 基因载 体和目 的基因 的某些 特点, 筛选 含有重 组目的 DNA 分子 克隆。 例如, 



— 243 — 



以 目的基 因相应 的标记 mRNA 作为 探针, 捡 测从各 克隆抽 提出的 DNA (用 硝酸 纤维膜 吸兩 
DNA), 只能与 mRNA 发生杂 交者, 则表 明此克 隆中宿 主细胞 已吸收 了重组 DNA, 并发生 
了 增殖。 

鉴定: 通 过目的 DNA 转 录产生 raRNA, 再翻译 产生特 异的蛋 白质, 与 该基因 相对应 
的 抗体相 互作用 , 如 果发生 反应, 则表示 已正确 进行了 表达。 

第二节 RNA 的生 物合成 

细胞 内各类 RNA (包括 m RNA、 rRNA 和 tRNA) 都是以 DNA 为 模板, 在 RNA 聚 
合酶的 催化下 合成的 。所以 ,这类 RNA 聚合酶 被称为 DNA 指导的 RNA 聚合酶 (DDRP)。 
在 RNA 聚 合酶催 化下, DNA 模板上 的信息 就可以 传递到 RNA 分 子上, 此过 程又称 转录。 

一、 参加转 录的主 要物质 

(1) RNA 生物合 成需要 DNA 模板, 反应物 RNA 的 碱基顺 序决定 干模板 DNA 的组 
成, 在 体外, RNA 聚合 酶能闬 CNA 两条链 同时分 别作模 板进行 转录; 但在 体内, DNA 
的双 链中仅 有一条 链或其 中某个 片段可 作为 模板, 即&录 的不对 称性。 通 常将指 导转 录的一 
条链称 为有意 义链, 而将 其互衬 链称为 反意 义链。 反 意义链 对另一 些基因 而言, 则为 有意义 
链。 

(2) 需要四 种核糖 核苷三 磷酸, 即 ATP、 CTP、 GTP、 UTP 作为 RNA 聚合 酶的底 

物。 

(3) 二 价金厲 离子。 M g 2+ 、 Mn 2+ 是酶的 必需辅 助因' 子。 

(4) 大 肠杆菌 RNA 聚 合酶。 由 5 个亚基 组成, 即 a 2 PP'a 具备 五个亚 基时称 全酶, 除 
去 a 亚基 (因子 ) 者 称为核 心酶。 a 亚 基可辩 认起始 位点 (启动 基因或 © 动子 ), 并 与之结 
合, 带动 全酶, 解开 双链, 促进 RNA 合 成开^ 。 动后, cj 亚基 从全酶 脱落, 核心 酶易于 
在 模板上 滑动, 催化 各个核 苷酸之 间形成 3、 5~ 磷鲛二 ^键, 促进 RNA 链的 延长。 

(5) 终 止因子 P (约 20 万道尔 顿的中 性蛋白 ,由 4 个相同 亚基组 成)。 能与 核心酶 结合, 
终止 转录。 

二、 RNA 生 物合成 (转录 ) 过程. 

在 DNA 指导下 RNA 的 合成, 即遗 传信息 的转录 过程, 可分^ ^四 个反应 步骤。 

(1) 酶与 DNA 模板 结合: RNA 聚合酶 需先与 DNA 模板 的一定 部位相 结合, 并 局部打 
开 DNA 双股 螺旋。 转 录是在 DNA 模板的 特殊位 点上开 始的, 此 位点称 启动子 (Promoter), 
又称起 始位点 或启动 基因。 RNA 聚合 酶中的 cr 因子 能识别 启动子 部位, 在 <? 因 子的作 用下, 
RNA 聚合 酶以全 酶的形 式与起 始位点 结合。 RNA 聚 合酶也 有解链 作用, 使结合 区域的 DNA 
双链 解开。 

RNA 聚 合酶与 起始位 点结合 之前, DNA 双股螺 ^:;,;^^ 幵。 对此问 题其说 不一: RNA 
聚合酶 结合到 起始位 点时, 使 RNA 聚&^ 结合处 的双链 DNA 拆幵; a 亚基 也参与 DNA 
双股 螺旋的 解开; 可 能由一 些尚未 弄清楚 的辅 助因子 完成。 

(2) 起始: RNA 全酶 -DNA 复合 牧肜 成后, 即 RNA 聚^^ 进入 合成的 起始位 点后, 



—2" 一 



一 ^ 



5'' ""- 〜 、 ' 





' HO OH 

,。f 



便开始 转录, 合 成原料 5'_NTP (核糖 核苷三 磷酸) ^合到 DNA 的起始 位点, 饺碱 基配对 
原^ 互 相配对 (A-U)、 (T-A)、 (G-C), 
新合成 RNA 的第 一个核 苷酸往 往是腺 嘌呤核 
苷^ (PPPAOH), 当第 二个 5'-NTP 进入 
DNA 模 板时与 第一个 5'-NTP 之 间形成 3', 
5'- 磷酸二 酯镎。 参看图 11-7 

(3) 延长: RNA 链 合成的 延长开 始于第 
一 个磷酸 二酯 钱形成 之后, a 因 子即从 全酶中 
解离 出来, 与另 一个新 核心酶 结合, 循 环地参 
加 与辨 认起始 位点的 作用。 无 a 的核 心酶与 
DNA 模板的 结合更 牢固。 核心酶 一直停 留在其 
模板 上直至 达到终 止信号 为止。 新 合成的 RNA 
与模板 DNA 链 暂时形 成一杂 交的双 螺旋。 

核 心酶沿 DNA 链 滑动, 每 滑动一 个核苷 
睃 距离, 即 有一个 5'- NTP 按与 DNA 链碱基 
互补原 则进入 模板, 并与 RNA 链的 3'-0H 末 
端生成 3^ 磷酸二 酯键, RNA 链 的延长 
反应 是由核 心酶催 化的, 整个转 录过程 是由一 
个 RNA 聚合酶 完成。 连 续不断 的延长 反应。 
当 DNA 在 另一个 区域解 链时, 被转 录过的 
ONA 区域 又重新 形成双 股螺旋 构型。 

在转录 过程中 DNA、 RNA 双股 螺旋结 
抅不如 DNA、 DNA 的 稳定。 所以, 趋 于重组 
DNA、 DNA 双 股螺旋 的力将 新生的 RNA 链 
逐步与 其模板 分开。 

(4) 终 ih : 转 录的起 始与终 止都受 着严格 
的控制 ,模板 DNA 分子上 具有终 止转录 信号。 
当核心 ^滑行 到终止 信号, 终 止因子 P 与新生 
的 RNA 结合, 并沿 3" 方向 移动, 与核心 

接触后 即促使 新生的 RNA 从 核心酶 上释放 
下来。 在 有些终 止点, 新 合成的 RNA 链却能 
自 动脱离 转录复 合体。 最后 转录终 止时, 新合 
成^ j RNA 、核 心酶、 P 因子 等均从 DNA 模板 上释放 出来。 上 述转录 过程, 如图 11- 8 所示。 

目 前一般 认为, DNA 是 生物遗 传的主 要物质 基础, 生物后 代的个 体与亲 代冇相 似的遗 
传 性状, 是 通过后 代个体 中的蛋 白质和 亲代的 相同而 体现出 来的。 因 为有了 相同的 蛋白质 
(嗨 ), 才 有相同 的代谢 类型。 

细 胞分裂 阶段是 DNA 合成最 旺盛的 时期, DNA 的含 量成倍 增加, 随着 细胞的 分裂, 
DNA 平均分 配给两 个子代 细胞, 故子代 细胞中 DNA 的含量 与亲代 一样, 性 质也与 亲代相 
同。 现已 知道, 后代的 DNA 实际是 亲代的 "复制 品", 这样就 能与亲 代保持 相同的 遗传信 息《 ,, 





图 11-7 RNA 在 DNA 模 板上生 物合成 

在图 11-7 中所示 的初期 产物在 其第一 个核 苷残基 5' 
位 置有一 个三磷 酸基, 而在另 一端 (生 长端) 的 3' 位 3 

上有一 个游离 的羟基 。所以 合成的 RNA 经 ^水 解后, 
将从 这产物 分子的 3 '- 羟 基末端 产生一 个鸟苷 分子, 

另外还 有一个 3'(2') 尿苷酸 分子、 一个 3'(2') 胞 苷酸分 
子, 如果一 分子 磷酸没 从产物 5'- 末端 除去, 则还有 

一 分子的 腺苷四 磷酸. 所以, 合成是 RNA 从 分子的 5' 

末端 的方向 开始的 



— 245 — 



DNA 



反 倉义链 



L £ 始 




n« g 长 



0: 终止 



IV: 释故 



p-p-p 



个 CO 

^^^^^ 




HO 



i^^d) 瞧产物 



图 11-8 RN A 转 录过程 示意图 

遗传 特征是 通过代 谢类型 表现出 来的。 由于 DNA 在 核内, 蛋白 质的合 成主要 在细胞 质中, 
所以 DNA 不 能直接 控制蛋 白质的 合成, 它必须 先把遗 传信息 "转录 "给 mRNA。 rnRNA 转 
入 到细胞 质后, 与核 蛋白体 结合在 一起, 此 时依据 mRNA 转录来 的信息 "翻译 "成氨 基酸连 
接 顺序, 以合 成某种 特异的 蛋白质 (酶 )。 



第三节 蛋白 质的生 物合成 

; 生 物体的 遗传特 征以密 码的形 式编在 DNA 分 子上, 表现 为特定 的核苷 酸排列 顺序, 并 
经过 DNA 的 复制, 把遗 传信息 由亲代 传递给 子代, 在后代 的个体 发育过 程中, 遗传 信息经 
过转录 和翻译 过程, 使后 代表现 出与亲 代相似 的遗传 性状。 所谓" 转 录", 就是以 DNA 分子 
为 模板合 成 出与其 核苷酸 顺序相 对应的 RNA 过程。 所 谓"^ 译", ^是在 RNA 的控 制下, 
根据核 苷酸链 上每三 个相联 的核苷 酸决定 一种氨 基酸的 规则, 合 成有一 定氨基 酸顺序 的肽链 
(蛋 白质) 的 过程。 生 物体内 的蛋白 质不断 更新、 不断 合成。 在 复杂的 生命活 动过程 中需要 



46 — 



具有 独特结 构和功 能的蛋 白质, 相互 配合, 才能 完成。 

医学中 的一些 课题, 如抗菌 药物、 肿瘤、 病毒、 免疫、 遗传 等都与 蛋白质 的生物 合成有 
关。 因此, 了解蛋 白质的 合成, 对防 治疾病 有重要 意义。 

一、 参加 蛋白质 合成的 三种核 糖核酸 

1. 信使核 糖核酸 (mRNA) 这种 RNA 单链 的长短 不一, 分 子量在 15〜200 万 之间, 
其 数量约 占细胞 RNA 总量的 5〜10%。 它的作 用是从 核内的 DNA 分子 上转录 出遗传 信息, 
经核孔 到达核 外的核 蛋白体 (核 糖体) 上, 作 为合成 蛋白质 的直接 模板, 称为 "信使 RNA" 

(mRNA) 其 分子中 核苷酸 的排列 顺序, 完全由 DNA 所 决定。 mRNA 分子 上的每 三个单 
核 苷酸, 即 3 个相 邻碱基 (三 联体) 组成 一个单 位叫做 密码子 (Codon)。 mRNA 中 四种碱 
基 (A、 U、 C、 G), 按 3 个 碱基为 一组, 可 以形成 64 种 不同的 组合, 即 可形成 64 个密 
码子。 其中 UAA、 UGA 和 UAG 三 组称为 终止密 码子。 其余 61 种密 码子分 别代表 20 种 
a- 氨 基酸。 色氨 酸只有 1 种密 码子, 精氨 酸却有 6 种密 码子, 但以 2 种和 4 种 密码子 代表一 
种 氨基鲛 最常见 (表 1 卜 1)。 多 肽链中 的每个 氨基酸 由各种 密码子 所决定 (体现 1 个氨 基酸信 
息)。 如 UAU 或 UAC 代表酪 氨酸, UGG 代 表色氨 酸等。 AUG 除作 为代表 蛋氨酸 的密码 
子 之外, 当 它位于 mRNA 的 启动部 位时, 又 兼作肽 链合成 的启动 信号, 即开 始合成 肽链, 
故又称 为起始 密码子 (Initiation Codon) 终止 密码子 UAA、 UAG、 UGA, 在 mRNA 上 
表 示合成 肽链的 终止, 故又 称终止 信号。 在 mRNA 分子上 的密码 子可被 tRNA 分 子上的 
反 密码子 (Anticodon) 所 辨认。 如 色氨酸 tRNA 分子 上的反 密码子 可辨认 mRNA 分子上 
的 UGG。 

2. 转运核 糖核酸 (tRNA) 其作用 在于转 运某一 特定的 氨基酸 分子到 mRNA 分 子上。 
tRNA 有很 多种, 体内 20 种氨基 酸有其 特定的 tRNA, —种氨 基酸可 有数种 tRNA 。在 所有 
的 tRNA 的 3'- 端都是 (一 CCA)。 氨基 酸可与 A (腺苷 ) 上 3'- OH 结合。 已 与氨基 酸相结 
合的 tRNA 称为 氨基酰 tRNA。 与 (一 CCA) 相反的 一端称 为反密 码端, 其顶 端有三 个单核 
苷酸称 "反密 码子" 或" 对 码"。 反密 码子使 tRNA 能带着 特定氨 基酸按 互补原 则辨认 mRNA 

3' 

分子中 密码子 位置, 把氨基 酸转送 到一定 位置。 例如, 苯 丙氨酸 tRNA 的反密 码子一 A — A 

5' 5 7 3 ' 

一 G —, 可 以辨认 mRNA 上的密 码子一 U— U — C —。 

3' 5' 
' — A — A — G— 反 密码子 

— U— U— C— 密码子 

5' 3' 

在 互相辨 认时, 密码子 与反密 码子的 碱基, 除 互补关 系外, 其顺 序正好 相反。 密 码子第 

三碱基 (由 5' 端向 3' 端方向 计数) 与反 密码子 的第一 碱基配 对时, 互 相要求 不十分 严格, 称为 
不 稳定配 对或称 摆动。 因此, 一>^ tRNA 所 搬运的 同一种 氨基酸 有时可 以结合 在代表 一种氨 
基 酸的几 ^不 同密码 子上。 

3' 
A 

U 
5' 

一 247 一 



5' 3' V 

c g u c y 

G Cli A G AG 

3' 5' 3' 



k li-i i 传 密码表 



第一 《基 




% 二 


碱 基 




第 三碱基 


5' 


U 




A 


G 


3' 


U 


苯 


丝 


酪 


半 


U 




苯 


丝 


酪 


半 


C 




in 




终止 


终止 


A 








经止 


色 


G 


c 




脯 


组 


精 


U 




亮 


脯 


组 


精 


C 






脈 


公 IBt ffifc 

合 ®E 股 


Jdto 

W 


A 






脯 


欠 Mi 吐 
合 0t 股 


稱 


G 


A 


异亮 


苏 


门 冬酰胺 


丝 


u 




异亮 


苏 


门 冬酰胺 


丝 


c 




异亮 


苏 




精 


A 




3, 起动 


苏 




精 


G 


G 




丙 


门 


甘 


U 




缬 


丙 


门 


甘 


C 




缬 


丙 


谷 


甘 


A 




m 


丙 


谷 


甘 


G 



3. 核蛋 白体核 糖核酸 (rRNA) 核 蛋白体 由大小 不一的 2 个亚基 所组成 , 2 个 亚基各 
由不同 RNA 分子 ORNA) 与 多种蛋 白质分 子共同 构成。 在低 M g 2+ 浓 度下, 大肠杆 菌的核 
蛋白体 CTOS), 可分为 大亚基 (50S) 及 小亚基 ( 3 0S),。 70S 核蛋 白体的 质量为 2 7 00kd。 

真核 生物核 蛋白体 较大, 它们由 60S 大 亚基和 40S 小亚基 组成, 两 者合成 一起成 80S 核 
蛋 白体, 其 质量为 4200kd。 40S 亚基含 18SRNA 与原核 16S 同源。 60S 亚基含 有三种 
RNA,5S 和 28 S ,是 原核的 5S 和 23 S 的分子 伙伴, 其 5.8SRNA 则为真 核生物 所特有 。真 
核 生物与 原核生 物的核 蛋白体 的大小 亚基中 RNA 与蛋白 质的种 类见表 11-2。 



表 11-2 核蛋 白体中 RNA 和 蛋白质 



不 同来源 


核 蛋白体 (S) 


亚基 (S) 




RNA(S) 


蛋白 质种类 


真 核生物 


80 


40 

60 




18 

28.5.8,5 


30〜32 
36~50 


原 核生物 


70 


30 




16 


21 


(大肠 杆菌) 




50 




23,5 


34 



细胞^ 中核蛋 白体一 般分为 两类, 一 为附着 于粗面 内质网 者主要 参与清 蛋白、 胰 岛素等 
分泌蛋 白质的 合成; 另一 种游离 于细胞 质者主 要参与 细胞内 固有蛋 白质的 合成。 核蛋白 休在 

蛋白质 合成时 主要起 "装 配机" 的 作用, 能 够促进 tRNA 所携带 氨基酸 缩合成 多肽。 原 核生物 
70S 白 体结构 模式, 如图 11-9。 



二 248 ― 



合 成蛋白 质的开 a 

/ 



图 11-9 70S 核 蛋白体 图 11-10 核 蛋白体 (大 亚基 内的中 心管) 

在 完整的 核蛋白 体中, 小亚基 以凹面 与大亚 基的扁 平底面 相贴, 而 小亚基 的中间 分界线 
正 与大亚 基底面 的沟相 吻合, 在大亚 基中央 有一中 心管, 新 合成的 肽链沿 此管 释放, 如图 
11-1 所示。 • 

大亚 基上含 有肽基 部位, Peptidyl Site (P 位) 即 与多肽 tRNA 结合的 位置; 氨 酰基部 
位, Aminoacyl Site (A 位), 即与 氨基酰 tRNA 结合的 位置。 这两个 部位是 非特异 性的, 
无论何 种多肽 tRNA 或何种 氨基酰 tRNA 均 可与之 结合; 大 亚基尚 有肽基 转移酶 (Peptid- 
yl Tranqerase) 活性及 与小亚 基结合 部位。 在 小亚基 上也含 有几个 与其他 成分相 结合的 部位, 
如 与蛋白 质合成 启动者 蛋氨酰 tRNA (在 细菌 是甲酰 蛋氨酰 tRNA) 相 结合的 部位, 和起动 
因子、 mRNA 及与 大亚基 相结合 的功能 部位。 

大小 两个亚 基的结 合就是 蛋白质 
合成的 开始, 换 言之, 只有正 在进行 
蛋 白质合 成时, 核蛋 白体的 2 个 亚基才 
结合 成完整 的核蛋 白体, 蛋白 质合成 
一旦 终止, 它 就解离 成大小 2 个 亚基。 
核蛋 白体可 以单独 存在, 即 单体, 也 
可以 由直径 10〜15人 (埃) 的 mRNA 
的细丝 把它们 串联在 一起, 成 为合成 
蛋白 质的功 能团, 即多 聚核蛋 白体或 
称 多聚核 糖体。 多聚核 蛋色体 中各单 
体的间 距并不 均等, 约为 300〜350人 图 11-11 多聚核 蛋白体 

(埃 ), mRNA 似 穿行于 大小亚 单位之 间的沟 缝中, 其中 单体的 数目有 3〜30 个, 最 常见者 
为 3〜5 个。 多 聚核蛋 白体, 如图 11-11 所示。 

二、 蛋白 质的合 成过程 

蛋白质 生物合 成的具 体步骤 包括: 氨基酸 活化、 活化氨 基酸的 转运、 活化 氨基酸 在核蛋 
白 体上的 缩合。 

1. 氨基酸 的活化 与转运 在蛋 白质分 子中, 某一 氨基酸 借其所 含的一 NH 2 基与 另一氨 
S 酸所 含的一 COOH 基, 互相联 结形成 肽键。 但一 NH 2 及一 COOH 反应 不强, 必 须经过 活化, 
有 ATP 参加才 能彼此 相联。 氨 基酸的 羧基, 在 酶的作 用下, 与 腺苷酸 (AMP) 的磷 酸以酯 
键相 联, 获得 一个高 能键, 变为 活化氨 基酸。 




氨基酸 活化酶 

ATP + 氨基钹 < >aa-AMP- 酶 + 

J^^jl 中间 复合体 

NH 2 

II II I 

注 aa-AMP-^=酶-腺嘌吟-桉糖一0—P~0—C一(H—R 

0H 活化 氨基酸 

活化的 氨基酸 不能直 接缩合 成肽, 必 须由其 特异的 tRNA 所 携带。 氨基酸 的活化 及活化 
后 与相应 tRNA 的结合 过程, 都是 由同一 类酶催 化的, 此类 酶称为 氨基酰 tRNA 合成酶 (也 
称氨基 酸活化 酶), 具有 高度特 异性, 既能 识别特 异的氨 基酸, 又 能辨认 转运该 种氨基 酸的特 
异 tRNA, 其催化 反应及 氨基酰 tRNA 的结构 如下: 

氨基酸 + tRNA + ATP- 氣基酷 tRNA 全 座 凄― 氨基酰 tRNA + AMP + PPi 

tRNA - 
O 

I 5, 
0=P-0-CH 2 腺呼呤 

-o \y 



!\ 



M 
o 



'\2' 



/ 



OH 

= C 

H-C-NHJ . 
R 

表 11-3 蛋白质 生物合 成过程 



阶 段 


部 位 


因 子 


氨基 酸活化 


细胞质 


氮 基酸、 ATP、Mg : + 、tRNA, 氨基酸 活化酶 


起 动 


核 蛋白体 


蛋氨酰 tRNA.mRNA, 起动 因子、 GTP、M g 2 + 


延 长 


核 蛋白体 


^:莶 酰 tRNA,mRNA.Mg : + 、GTP. 因子 G, 因子 EFTu、EFTs 


终 止 


核 蛋白体 


mRNA, 释 放因子 (RF) 



2. 活化 氨基酸 在核蛋 白体上 的缩合 携 带遗传 信息的 mRNA 分子, 由核 孔进入 细胞质 
中, 长链的 mRNA 分子一 般均附 着在核 蛋白体 的小亚 基上。 mRNA 分 子上的 密码子 与活化 
氨 基酸的 tRNA 分 子中的 反密码 相对应 结合, 使 tRNA 转运 的氨基 酸按一 定排列 顺序, 在 

核蛋白 体上缩 合成肽 (即翻 译过程 )。 上述 过程都 是由" 核蛋白 体循环 "而完 成的, 为了 便于了 
解" 核 蛋白体 循环" 这一蛋 白质合 成中心 环节, 将其人 为地分 为起动 、肽链 延长、 终止三 阶段, 

简述 如下。 

(1) 起动: 这一 阶段在 蛋白因 子一起 动因子 (IF- 3 , IF-u IF-2)、 GTP 及 Mg" 的参 



一 250 一 * 



与下, 核^ 白体 的大、 小 亚基, mRNA (mRNA 分子 上有蛋 白质合 成的起 / 力 AUG) 和 
—种 具有" 起动" 作用 的甲酰 蛋氨酰 tRNA (fMet-tRNA r; fMet-tRNA m l ) , 共同构 成起动 
复合物 (大 肠扦菌 )。 形成时 需要起 动因子 3 (IF- 3 ) 的 促进。 mRNA 以 其特异 的起始 部位与 
30S 小亚基 结合。 然 后甲酰 蛋氨酰 -tRNA, 又在起 动因子 (IF- 2)、(IF-1) 协 助下, 亦与 3 0S 小 
亚基 结合, 而形成 30S 起动 复合物 (30S-mRNA-fMet-tRNA met 、 IF- 3、 IF- 2、 IF-1、 
GTP)。 30S 起 动复合 物一经 形成, IF-3 即行 脱落, 50S 大 亚基随 之与其 结合, 形成 70S 起 
动前 复合体 (大、 小 亚基、 niRNA、 fMet- tRNA met 、 IF-2、 IF-1、 GTP). 同时, GTP 被水 
解成 GDP + Pi。 IF-2、 IF- 1, 亦随之 脱落, 如此所 形成的 起动复 合体, 为 肽链延 长作了 准备。 
核蛋 白体的 P 位为 甲酰 蛋氨酰 -tRNA mst 分子^ 占据, 空着的 A 位准 备接受 下一个 氨基酰 
tRNA。 至此, 为肽链 延长? | 备了 条件。 如图 11-13 所示。 . 

真 ^ 生物含 * 有的 起动因 $ 比原核 生 物的多 得多, 它们之 间的相 互作用 也复杂 得多。 原核 • 
• 生. 物 与真核 生物蛋 1'」^;^ 成 的起动 复合物 形成过 程有许 多相似 之处, 但其区 别见表 11-4。 

表 11 - 4 原核 与真核 生物蛋 白质合 成起动 的区别 



原 核生物 



真 核生物 



核 蛋白体 
起始 tRNA! 



80S 



3E 基 



50S . 30S 



60S 、40S 



iMet-tRNA mef 



Met-tRNA me ' 



起 始因子 



三种 



至 少七种 



起动 复合物 

生成^ 序 



1-. 30S.mRNA. - 

2. 30S,mRNA,f^t-tRNA mel 

3. 7cS.mRNA. fMet-tRNA me « 



1. 40S > Met-tRNA m;t 

2. 40S > mRNA > Met-tRNA met 

3. 80S.mRNA.Mei-tRNA msl 



氨基铳 

核 蛋白体 A 位 



(2) 肽链 延长: 此阶 段包括 进位、 肽 键形成 (或转 肽)、 脱落 相移位 (Translocation) 
过程。 在 核蛋白 体大亚 基上, 氨酰 基部位 (A 位) 可接受 氨基酰 -tRNA 进入 (进位 ), 大亚 
基还具 盲肽 朞转移 酶活性 (转肽 ), 可催 化肽链 形成。 

新进入 的 氨基酰 -tRNA 上的 反密 码必与 A 位的 mRNA 密码子 相符, 尚需两 种延长 因子, 
EFTu 及 EFTs。 EFTu 先与 GTP 结 合, 再 
与 氨基酰 -tRNA 结 合成复 合物, 由于 EFTu 与 
GTP 结 合时其 构象的 改变, 即能 将氨基 酰- 
tRNA 运送到 A 位, 并 释玖出 EFTu- GDP, 
后 者再与 EFTs 及 GTP 反应, 霄 新形成 EFTu- 
GTP 见延 长因子 循环图 11-12。 值得 注意的 
是, 除 fMet-tRNA m3t 之外, 所有 的氨基 酰- 
tRNA 必须与 EFTu-GTP 反 应后才 能进入 A 
位。 而 P 位为 甲酰蛋 i 銑- tRNA m " 所 占据。 
当 P 位及 A 位. 均有氨 基酰- tRNA 并列 在一起 
时, 在 肽基转 移酶的 (gH 匕下, 将 P 位上的 tRNA 
所 携带的 氨基酰 二^ &:^) 或肽酰 转移给 
A 位 氨基酰 -tRNA 的氨 基上, 形成 二肽基 



Ts+GDP 




图 11-12 延长因 子循环 



一 251 一 



tRNA (A 位), 此时 P 位只 有不带 基酸的 tRNA, 

P 位 A 位 



輕 避 II— 





甲酰 蛋氨酰 氨基酰 肽基 • 未 变化的 • 

tRNA f tRNA tRNA tRNA f 

在 肽链延 长因子 G (EFG 和移 位酶) 及 GTP 作 用下, 不带氨 基酸的 tRNA 脱离 P 位 
(脱落 ), 肽基 tRNA 从 A 位移 位到 P 位 (移位 ), 此 时核蛋 白体沿 mRNA 从 — 3' 方向挪 
动相 当于一 个密码 子的 距离, 使下 一个反 密码子 (氨 基酰 -tRNA) 能 准确地 定位在 A 位 (即 
空 A 位)。 以 后肽链 上每增 加一个 氨基酸 残基, 即 按新的 氨基酰 -tRNA 进入 A 位, 形 成新的 
肽链 (转肽 )。 转肽后 P 位上的 tRNA 脱落 (不 带氨 基酰的 tRNA 从 P 位脱落 ); 核 蛋白休 
移动的 同时, 原处于 A 位的 肽链 tRNA 随之 ^到 P 位 (移位 )。 按 进位、 转肽、 脱落、 移位 
的反复 重复, 直 至肽链 增长到 一定的 长度, 核蛋白 体移到 A 位出现 mRNA 上终 止信号 为止。 

(3) 终止: 终 止因子 又称释 放因子 (Release Facton, RF) 可识别 出现于 A 位上 mRNA 
的终 止信号 (UAA、 UGA、 UAG),RF\ 可识别 UAA 或 UAG,RF 2 可识别 UAA 或 UGA, 
这 类蛋白 质识别 具有较 高特性 的三个 核苷酸 (密 码子) 的 顺序。 

终止因 子与终 止信号 结合时 ,!^ 基转移 酶可使 P 位上 tRNA 所携 带的多 肽链与 tRNA 之 
间 的酯链 水解, 多肽链 从核蛋 白体及 tRNA 上释放 下来。 

最后, 核蛋 白体与 mRNA 分离。 同时, 携 带最后 一个氨 基酸的 tRNA 也自行 脱落, 核蛋 
白 体解离 为大、 小两个 亚基, 重新 进入核 蛋白体 循环。 游 离的多 肽链, 会自动 盘绕成 特殊立 
体结 构的蛋 白质。 

图 11-13 表示的 只是, 个核 蛋白体 循环, 实际 上在细 胞内合 成蛋白 质时并 非单个 核蛋白 
体, 而是多 个核蛋 白体聚 在一起 形成多 聚核蛋 白体。 开始合 成蛋白 质时, 核蛋 白体先 附着在 
mRNA 的一端 (起 始部位 ), 然 后沿着 mRNA 链不断 移动, 根据 mRNA 所 携有的 信息, 
连续接 受带冇 氨基酸 的各种 tRNA, 即 由上述 tRNA 辨认, 并译出 riiRNA 上的密 码子, 每 
译一个 新的密 码子, 就 进入一 个带有 氨基酸 的新的 tRNA, 并 构成多 肽链。 肖 这一核 蛋白体 
移 动到足 够远的 位置, 大约 40 个核 苷酸距 离时, 另 一核蛋 白休又 可以附 于这一 mRNA 的起 
始 部位, 每当一 个核蛋 白体向 前移动 一个密 码子的 位置, 肽 链上即 增加一 个新的 氨基酸 残基, 
移动过 程也^ 是翻译 过程; 核蛋白 体不断 移动, 肽 链不断 加长; 接近 终止信 号时, 翻 译过程 



— 252 — • 



即告 结束。 上述 的蛋白 质合成 的模式 过程, 主耍 介绍大 肠杆菌 的蛋白 质合成 过程。 P 余朵^ 维 
节外, 原核和 真核生 物的肽 链延长 过程是 大致相 同的。 细 菌中发 挥起动 作用的 是甲酰 蛋氨酰 

-tRNA, 而 哺乳动 物发挥 起动作 用的是 蛋氨酰 -tRNA。 合成 后的多 肽链, 还需 要进一 步经加 
;c 成 修饰, 抑或组 成亚基 聚合, 才 能转变 为具' 有正常 生理功 能的蛋 白质, 见蛋 白质合 成模式 
^11-13 . 



mRNA+30S 小亚 S+ 甲 ^蛋 SKtRNA 
+GTP+ 起^ a 子 



甲翁蛋 



mRNA 

30S 起动 g 合物 

•50S 大 3E« 



W GDP+Pi 

甲 酰蛋氨 K 




-'AUG V mRNA 
70S 起动 复合物 



甲 黢 




U-3 



进位 

EF-Tu 

/\' 

GTP GDP 
+ 
Pi 



甲 K£g 港 精 酸 




A-GCU- 



甲 ,S 氨酸 



校氨酸 




空位 



J 肽娜成 

甲 ®t 蛋氨酸 



-JQ-cm-GCU — 




A-GCU 一 



B 



A 



图 11-13 蛋白 质合成 模式图 
A. 起 动复合 物形成 B. 肽 链延长 



三、 蛋白 质生物 合成后 的加工 ' . 

从核 蛋白体 释放出 来的多 肽链, 其分子 结构, 多数 都不具 有正常 的生理 功能, 还 需要进 
- 步修饰 (Mbdification), 改变 结构, 才能转 变为具 有生物 活性的 蛋白质 ,称为 翻译后 加工。 
蛋白质 的立体 结构是 由一级 结构决 定的。 合成后 的肽链 即自行 卷曲和 折叠, 并 借助于 次级键 
维 持其一 定空间 结构。 由 于多肽 链种类 不同, 其合 成后的 加工方 式亦不 相同。 

1. 二硫键 的形成 在 mRNA 分子上 无胱氨 酸的密 码子, 多 肽链中 的二硫 键是在 肽链合 
K 后, 通过 肽链的 卷曲和 折叠, 使分子 的半胱 氨酸的 一SH 基可 以互相 靠拢, 经酶促 反应氧 
化 而成二 硫键。 . 

2: 多肽 链中氨 基酸残 基侧链 的修饰 蛋白 质分子 的某些 氨基酸 残基, 不是 遗传密 码所直 
接编 码的, 如 胶原中 存在许 多羟脯 氨酸残 基和羟 赖氨酸 残基, 是 由脯氨 酸及赖 氨酸侧 链经羟 
基 化而形 成的。 

3. 连 接辅基 糖蛋白 的糖链 ,是在 肽链合 成后, 通 过糖苷 转移酶 的催化 逐步加 上的, 如 
血红 蛋白。 脂蛋白 等也是 在肽链 合成后 再与相 应的辅 基结合 而形成 的结合 蛋白。 

4. 水 解修剪 某 些肽链 合成后 需经特 殊的酶 水解切 除一段 肽链后 才能显 示生物 活性, 如 



irj 胰岛素 原的加 工除了 切去信 v 肽外, 还 要除去 内部的 连接肽 (c 肽), 

前胰 岛 素原一 —胰 岛素原 + 信号肽 



• 胰岛素 +C 肽 • 

5. 肽 链的磷 ^化、 乙 酰化、 甲基化 肽 链的磷 酸化, 如磷狻 化酶; 乙酰化 ,如组 蛋白; 
甲基化 ,如肌 肉蛋白 质等。 

. 6. 亚 基聚合 许多 功能复 杂的蛋 白质, 由两 条以上 肽链通 过非共 价键聚 合成多 聚体, 才 
具 有生物 活性。 这些聚 合往往 有一定 顺序, 前一步 聚合可 促进后 一聚合 步骤的 进行, 如成人 
血 红蛋白 (HbA) 由两条 a 链、 两条 P 链及 四个 血红素 分子所 组成, 其聚合 '过程 如下: 

. «链\ 2 分子 血红素 \ 

P 链 / a, P 二 聚体/ 
• «链\ 二 聚体) 

> 、 

, ' P 链 7 2 分子 血红素 /. 

总 结以上 所述, 细 胞内的 DNA 蕴藏着 全部遗 ^信 息, 惜 着一定 密码, 将某一 部分遗 
传信息 转录给 mRNA, 后 者又经 过一系 列翻译 过程, 合成特 定的蛋 白质。 简化 如下图 11-14。 

复制 转录 翻译 
DNA ~ > DNA ~ > mRNA ~~ > 蛋白质 



HbA 



第 四节. 蛋 白质、 核 酸的生 物合成 与医学 的关系 

蛋 白质是 一切生 命活动 的物质 基础, 当 蛋白质 的合成 出现障 碍时, 生命活 动则直 接或间 
接地受 到严重 影响。 如 用抗菌 药物抑 制病& :徴 生物的 蛋白质 合成, 可使 其生长 及繁殖 发生障 
碍。 又如 促进人 体的蛋 ^质 生物合 成有利 于病后 恢复, 只要 个别蛋 白质合 成出现 异常, 即有 
可 能影响 人体的 代谢, 对 人体的 健康造 成不良 6 果, 可见 蛋白质 的生物 合成与 医学的 关系十 
分 密切。 

一、 分子病 

蛋白 质生物 合成的 信息系 统包括 DNA 和 mRNA。 DNA 分 子如有 缺陷, 则 细胞内 RNA 




核 细胞质 



— 254 — 



与蛋 白质的 合成都 会发生 异常, 器 官的结 构与功 能随之 变异。 DNA 分子的 异常, 可^ 个体 
繁殖 而传给 后代, 分子 病即属 此类。 分子病 是指某 种蛋白 质分子 一级结 构的氨 基酸排 列顺序 
与正 常有所 不同的 遗传性 疾病。 . 如镰 刀形红 细胞性 贫血, 此型贫 血是由 于合成 血红蛋 白的基 
因异 常所造 成的。 现 已知有 一百多 种突变 基因分 别影响 a 链和 P 链 (血 红蛋白 是由四 个多肽 
链形 成的, 其 中两条 a 链、 两条 P 链) 某一 位置上 的氨基 酸发生 改变, 而' 形成 各种血 红蛋白 
病。 Hb$ 的# 因突 变就是 DNA 分子 二个碱 基对的 改变, 即 DNA 分子中 T-T 变为 A-A, 
简 言之, 异常 DNA 分子以 A (CAT) 取 代正常 DNA 分 子中的 T (CTT)。 DNA 分子某 
结构基 因核苷 酸序列 异常, 必导致 转录和 翻译的 改变, 引起血 红蛋白 P 链上 谷氨酸 残基, 被 
缬氨 酸的^ 基所代 替,. 这一 细微的 变异, 即可 造成严 重的. 后果。 



表 11-5 HbA 与 HbS 的 P 链上 氨基酸 的异常 



正'. 常 


镰 状贫血 


DNA〜GGG— CTT — CTT- 


-GGG— CAT— GTT- 


mRN A〜 CCC—GA A — GA 


-CCC— GUA— GAA- 


, HbA〜M …谷 …谷… • 


HbS …脯… 缬… 谷… 


. 患 者红细 胞在静 脉中, 由于氧 分压低 ,其 中的血 红蛋白 易形成 结晶而 使红细 胞呈镰 刀状。 


因此, 红细胞 易破碎 而导致 贫血。 




二、 蛋白 质生物 合成的 阻断剂 





蛋白 质生物 合成的 阻断剂 很多, 其 作用部 位各不 相同。 或作用 于翻译 过程, 如^ 些抗菌 
素 能与核 蛋白体 结合, 从 而妨碍 翻译过 程, 四 环素、 链霉 素可与 小亚基 结合, 而氯霉 素则能 
与大亚 基结合 。亚基 被结合 则核蛋 白体的 正常功 能受到 影响, 由此直 接使翻 译过程 发生障 碍; 
或造 成翻译 错误, 如链 霉素, 将某一 氨基酸 密码子 误译成 另一氨 基酸, 因而不 能合成 具有正 
常功 能的蛋 白质。 有的阻 断剂作 '用 于转录 过程, 对 蛋白质 的合成 间接产 生严重 影响。 也有的 
作 用于复 制过程 (如多 数抗肿 瘤药物 ), 它们由 于能影 响细胞 分裂而 间接影 响蛋白 的生 物合 
成。 

近年来 还发现 细菌毒 素可以 抑制蛋 白质的 生物合 '成, 如白喉 毒素对 人及其 它哺乳 动物的 
毒力 极强, 在哺 乳动物 体内含 有特异 的抑制 肽链延 长因子 活性的 物质, 从而强 烈地抑 制蛋白 

质 的生物 合成。 天门冬 酰胺酶 也是室 白质合 成的阻 断剂。 蛋 白质合 成需要 L- 天 门冬酰 胺为原 
料, 可在正 常组织 内自行 合成, 而 肿瘤细 胸 却不能 合成, '需要 由外界 供给。 注射 L- 天 门冬酰 
胺酶, 肿 瘤组织 因缺乏 足够的 天门冬 酰胺的 供给, 可使 其生长 停止或 减慢。 反之, 对 正常组 
织 则影响 较小。 这一 方法, 已应用 于临床 医治白 血病。 

第五节 中药对 DNA、 RNA 及蛋白 质合成 的影响 
一、 柴 胡皂甙 

应用柴 胡皂甙 a 、 c、 d 混合物 (3:2:2) 鈦明显 地促进 大鼠肝 切片的 蛋白质 合成。 有的 



一 255 l 



享者以 柴胡皂 甙进行 研究, 见有大 鼠体重 减轻, 但肝 脏重量 增加, 认为 该皂甙 具有类 似糖皮 
质 激素的 作用。 糖皮 质激素 可促进 肌肉、 皮肤、 骨骼等 蛋白质 分解, 然 而在肝 脏中反 而能促 

进 蛋白质 合成, 柴胡 可使" c- 亮氨酸 掺入, 蛋白 质明显 增加, 柴 胡皂甙 结构式 如下: 



二、 人 参 

在研究 人参对 蛋白质 代谢影 响时, 以放射 性乳清 骏向大 鼠肝细 胞核的 RNA 掺 入为指 标. 
结果 发现人 参对其 掺入有 50〜60% 的 促进作 
用。 进而对 其活性 组成部 分进行 分离和 精制, 
获 得部分 精制物 F 3 (含 皂甙 量约为 5 C%) 及 
精制物 F 4 (含皂 甙量为 92%), 对上述 两种精 
制 物的研 究结果 如下: 上 述两种 精制物 有促进 
核 RNA 的合成 作用, : 增 加核蛋 白体及 mRNA 
的 合成, k 活 RNA 聚 合酶的 活性, 使 细胞内 
核 蛋白体 增加; 尚 有增加 蛋白质 的合成 能力, 
并 有明显 的促进 放射性 14 C- 亮氨 酸向血 清蛋白 
(清 蛋白、 a、 P、 Y -球 蛋白) 的掺入 作用。 
长期经 口给药 (四周 ), 于 电镜下 可观察 到粗面 
内质 网明显 增加。 以超速 离心分 离的膜 结合型 
核 蛋白体 亦显著 增加。 如图 11 - 15 所示。 

故 将上述 F 3 及 F 4 称为蛋 白质 合成促 进因子 (人参 活素, Prostisol), 并已 证明其 活性成 
分为人 参皂甙 Rb-1、 Rb- 2、 Rc、 1^及1^-1 等, 其化 学结构 见下表 11-6。 

Rb-l 可使 RNA 聚合 酶活性 增加, 特别是 RNA 聚合^ I (rRNA 聚 合酶) 及 RNA 聚 
合酶 II (mRNA 聚 合酶) 在 2〜4 小时活 性明显 增加, 但对 RNA 聚合酶 DI (tRNA、 5S 
'RNA 聚 合酶) 却全无 影响。 Rb-l 对" C- 亮氨酸 掺入血 清蛋白 的作用 最强。 Rb_2、 Rc、R g - 1 
能明显 地增加 大^^ ^^胞 DNA 、蛋白 质合成 。对 3 H- 乳清 漦检入 大鼠肝 细胞核 RNA,Rb~l 
有促进 作用, Rc 则使之 减少, Rg-1 对其 掺入作 用则无 影响。 人 参皂甙 可使肝 中游离 的非必 

^2 53^* 




2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 76 

^理^ 时间 (^^) 

• : RNA 聚合 薛活性 〇: 核 蛋白体 RNA 的合成 
▲核RNA 的合成 厶血 清蛋白 的合成 

图 11-15 大 鼠给予 F, 及 F 4 对各种 酶活性 

的变化 



— 




CH 2 OH 

柴 胡皂甙 a 

咦 提取液 中加入 小肠提 取液所 引起的 蛋白质 活化反 应中, 当加入 柴胡热 水提取 液时, 3 
强烈 地促迸 蛋白酶 活化, 随柴 胡提取 液的添 加量而 增加, 于电泳 区带中 可观察 到有抑 制蛋白 
海活性 部分。 实 验结果 表明, 小鼠小 肠中并 未捡测 出非特 异性的 蛋白酶 活性, 但存在 胰蛋白 
薛原 的活化 因子。 



山 5i 

一 

o 

I 



表 1 卜 6 



人 参皂甙 的种类 及其化 学结构 



OH 

12 



20 



R'O- 





R 1 


R l 


R' 




20 S-Protopanaxadiol* 


H 


H 


H 




20-S-Protopanaxatriol** 


H 


OH 


H 




GinsenosiJe Ra-i 


GIc- : GIc 


H 


> 


-'Glc 


Ra-» 


Glc--Glc 


H 


Xyl^ArsCO- 


'Glc 


Rb-, 


GIc- : Glc 


H 


Gk-'Glc 




Rb-, - 


Glc-,Glc 


H 


Ara(p)- 8 Glc 




. Rb-, . 


. Glc- ,Glc 


H 


Xyl-«Glc 




Rc 


Glc--Glc 


H 


> 




Rd 


Glc- 2 Glc 


H 


Glc 




Re 


H 


Rha- 2 Glc-0 


Glc 




Rf 


H 


Glc- : Glc-0 


H 




Rs-t 


H 


Glc-0 


Glc 




Rg-t 


H 


Rha- 6 Glc-0" 


H 






H 


O 

6 


Glc - 




Rh-, 


• H 


Glc-0 


H 




Notoginsenoside 醫暑鲁 










R, 


H 


>< 
6 


Glc 




Ri 


H 


o 


H 




R, 


H 


Glc- « Glc-0 


H 




R 4 


Glc-, Glc 


Glc-6Glc- s Xyl-0 


H 




R 6 


(Glc) 8 -Xyl 


o 


H 





注: * 原人 参二眵 •* 原人 参三醇 *** 人参三 七皂甙 

需 氨基酸 (丙 氨酸、 甘 氨酸、 谷 氨酸) 岌微 粒体中 的蛋白 质浓度 增加。 如上 所述, 人 参皂甙 
有促 进血清 蛋白的 合成, 提示 对低蛋 白血症 有改善 作用。 

三、 大黄、 黄连 

大黄 味苦, 性寒。 能泻 实热, 下积滞 ,行瘀 解毒。 主要含 蒽醌衍 生物, 其含量 为3〜5^, 
—部分 为游离 状态, 如 大黄酸 (Rhein), 大黄素 (Emodin), 尚含有 结合状 态的, 如 大黄羧 
一 8- 葡 萄糖甙 (Rhein-8-mono— P-D - glucoside) 。 

大黄酸 和大黄 素对金 黄色葡 萄球菌 的核酸 及蛋白 质合成 有较强 的抑制 作用, 并在剤 5 上 
呈 平行的 关系。 叶酸能 拮抗大 黄素、 大黄酸 对金黄 色葡萄 球菌的 核酸合 成的^ M 作用, 可能 
是通过 影响叶 鲛的酶 系统, 从而抑 制核鲛 的合成 进而阻 碍蛋白 质合成 而影响 ^脔的 生长。 大 
黄素、 大黄敌 对无细 胞系统 DNA 的生 物合成 有抑制 作用, 大黄 素可与 DNA 结合成 复合物 



— 25T — 



从 ifri 千扰 DNA 的模板 功能。 大黄 的抗菌 作用, 可 能由于 它能与 DNA 结卞, 抑制 DNA、 

RNA 9 蛋白 质的生 物合成 有关。 

黄连 味苦, 性寒。 能 泻火、 解毒、 清热, 主 要含有 小檗碱 (Berb er ine)。 经研究 证明, 小 
^碱 能以单 分子插 入小牛 胸腺的 DNA 双股螺 旋中形 成复合 物。' 还能诱 导酵母 Saccharomj- 
ceo Cerevisiae 突变, 生成线 粒体呼 吸功能 减弱的 菌落, 可能由 于小檗 碱插入 粒环^ DNA, 
从 而抑制 DNA 复制 及转录 所致。 近 年来发 现小檗 碱可在 体外抑 制肉瘤 180 细胞^ DNA, 
RNA, 蛋白 质合成 的原发 作用。 

四、 几种具 有抗癌 作用的 中药对 核酸、 蛋白质 的影响 

1. 野百合 野 百合中 含有野 百合碱 (McmocroUline), 具有 清热、 利湿、 解毒 作用。 野 
百合 碱及其 类似化 合物, 在体内 转变为 相应的 双稠吡 咯啶衍 生物, 可以 选择地 烷化细 J^DNA 
分子上 的特定 区域, 即与 DNA 分子发 生交叉 联结, 阻 止细胞 DNA 合成期 ('S 期)' 进入有 
丝 分裂期 (M 期); 野百 合碱还 可使果 蝇的性 染^; 体发生 畸变或 断裂, 产 生拟似 于电离 辐射的 
各种 生物学 效应。 野百合 碱嵌入 DNA 分 子的特 定部位 并与之 形成复 合体, 抑制 DNA 的复 
制与 转录; 还可作 用于核 蛋白体 以干扰 蛋白质 的生物 合成。 由于癌 细' ^对野 百 合碱具 有较高 
的敏 感性, 可迅 速而明 显地产 生上述 效果。 但药 物对正 常肝细 胞也有 损伤。 

2. 喜树 喜树 味苦, 性寒 有毒, 抗癌, 主 治多种 癌症。 含有 多种生 物碱, 其中有 抗癌活 
性的有 喜树碱 (Camptothecine), 喜树碱 中抗癌 的主要 基团为 oc」 羟 基-内 酯环。 ^有 喜树次 
碱 (Venolenpine)、 去氧 喜树碱 (Deoxycamptothecine) 等。 喜 树碱主 要作用 于细胞 DNA 
合成期 (S 期), 使 S 期的细 胞致死 ,对 DNA 合 成前期 (。;期) 和后期 (。 2 期) 亦有作 用,' 
但不如 S 期细胞 明显, 尚 可延缓 。 2 期 迸入核 分裂期 (M 期)。 高浓 度时, 它可 抑制核 的有丝 
分裂。 对 休止期 (G 。斯) 细胞无 作用。 喜树碱 首先抑 制癌' 细胞的 DNA 聚合酶 ,'继 而影响 
DNA 的生物 合成。 亦可直 接破坏 DNA 或先与 DNA 结合, 使 DNA 易受内 切酶的 攻击, 
进而使 RNA 和蛋 白质合 成受到 阻止。 喜树碱 对恶性 细胞的 影响大 于正常 细胞, 此点 对肿瘤 
疾 病的治 疗是有 利的。 

3. 长春花 长 春花味 微苦, 性凉 有毒, 有抗恶 性肿瘤 作用。 已 分离出 70 余种生 物碱, 
具有 抗癌活 性的, 如 长春碱 (Vinblastine; VLB), 长 春新碱 (yincristine; VCR) 等。 艾 
氏腹 水癌小 鼠给予 长春碱 (2m g /kg) 时, 即 能减少 3 H- 尿嘧 啶核苷 酸掺入 癌细胞 RNA。 由 
体 外试验 得知, 药物 与艾氏 腹水癌 细胞经 1 小时温 育后, 3 H- 尿嘧' 啶核苷 酸掺入 RNA 亦明 
显' 被 抑制, .以 长春碱 的作用 最强, 2Xl(r 4 mol/L 时即产 生显著 抑制。 对 癌细胞 核仁的 DNA 
合成的 抑制作 用比非 癌细胞 核仁的 DNA 要强。 患慢 性粒细 胞性白 血病及 白血病 性肉瘤 (Le- 
ukosarcoma) 病 人的白 细胞与 浓度为 0. 5〜1 . X l(T 4 inol/L 的长春 新碱接 触后, 3 H- 胞嘧^ 
核苷掺 入该白 细胞的 .RNA 和 DNA 均受 抑制。 长春碱 和长春 新碱尚 能抑制 艾氏腹 水癌细 
胞的 DNA 指导的 RNA , 合酶。 

4. 蓖麻籽 蓖麻籽 味甘, 辛, 有毒。 用 于抗癌 的为蓖 麻毒素 (Ricin), 又称 蓖麻毒 蛋白, 
分 子量为 60,000, 是 一种糖 蛋白。 蓖麻毒 蛋白对 小鼠^ :氏腹 水癌、 肝癌 、肉瘤 S 18D 及白 血病 
等动 物移植 性肿瘤 均有二 定治疗 作用。 蓖麻 毒蛋白 可强烈 抑制癌 细胞的 蛋白质 合成, 中等强 
度抑制 DNA 合成, 对 RNA 的合成 抑制较 轻微。 蓖 麻毒蛋 白有两 条肽 链借一 S — S —键相 
联, 当其发 挥作用 之前有 一裂解 过程, 裂解后 释放出 A 链和 B 链, A 链称为 效应链 (Effec- 

? -258 — 



tomer), B 链称为 结合链 (Hapt mes)。 B 链可与 细胞表 面的糖 类受体 结合, 把 游离的 A 链 
或整个 毒蛋白 分子通 过质膜 带入胞 浆与核 蛋白体 eoS 亚 基发生 作用, 抑制 氨基酰 -tRNA 与 
核 蛋白体 结合, 从 而抑制 蛋白质 合成, 导 致细胞 死亡。 

5. 猪苓 味甘, 性平。 菌核 含麦角 固醇, 水溶 性多聚 糖化合 物一猪 苓聚溏 I(Gu-l), 
有抗癌 作用。 应用 3 H-TdR 掺入的 放射自 显影法 表明, 猪苓 提取物 (757) 能抑 制肉瘤 S 18 。、 
腹水瘤 细胞内 DNA 的 合成, 影响瘤 细胞的 增殖。 用猪苓 提取物 (757) 治疗 肺癌、 食道癌 
等均取 得一定 疗效, 初步 认为" 757" 有 抗肿瘤 作用及 提高机 体免疫 功能, 尚 无不良 反应。 

. . * 五、 复 方中药 益气通 络丹对 核酸和 蛋白质 的影响 

应 用益气 通络丹 (补阳 还五汤 加减) 分别 观察对 3 H- 脱 氧胸苷 ( 3 H- TdR) 和 3 H- 亮氨酸 
'掺 入小白 鼠各组 织器官 DNA 和蛋 白质的 影响。 实 验结果 揭示, 益气通 络丹对 睾丸、 胸腺、 胰 
腺的 DNA 的合 成分别 提高达 1 85 %、 152.5%, 10e. 3 %; 同时, 肾 上腺、 睾丸、 胰腺 灼蛋白 
质的 合成分 别为 1 5 1. 8 %、 84.9%, 48 .C^。 在益 气通络 丹的作 用下, 对 免疫组 织器官 
DNA、 蛋白质 合成的 影响: 淋巴结 、脾、 胸腺, 其 DNA 的 合成分 别提高 163.1%、 87.0%、 
152.5%; 淋 巴结、 胸腺的 蛋白质 合成分 别提高 55.6^,35. 1%。' 益气 i 络丹 使肺 和心脏 DNA 
合成分 别提高 103.4%, 148.2%, 其肺蛋 白质合 成提高 42.2%, ' . 

益气通 络丹可 使多种 组织内 DNA、 蛋白 质合成 增加, 调节和 控制机 体的新 陈代谢 ,使之 
维持 最佳活 力'。 提高机 体免疫 功能, 增强机 体的抗 病力。 



— 259 ― 



第 十二章 代 谢 调 节 

人 体的物 质代谢 是由许 多相关 而复杂 的代谢 途径所 组成。 在 生理条 件下, 它们能 互相配 
合有条 不紊地 进行着 各自特 有的酶 促化学 反应。 并 能适应 内外环 境的变 化而及 时地改 变反应 

速度, 以维 持动态 平衡, 表现在 i 液中一 些化学 成分的 浓度保 持相对 恒定。 这 主要是 由于体 
内存 在着一 整套精 确而有 效的代 谢调节 机构。 一 旦这种 调节机 构发生 异常, 就 会出现 代谢紊 
乱 而导致 疾病。 

代谢 调节是 指细胞 内的代 谢速度 按照生 物生长 需要而 改变的 机制, 它是生 物在长 期进化 
过程 中为适 应环境 需要而 逐步形 成的。 进 化程度 愈高的 生物, 其调节 机构愈 复杂。 最 原始的 
调节^ 式为 单细胞 微生物 的细胞 内代谢 调节, 它是 通过代 谢物浓 度的改 变来影 响细胞 内酶的 
活性和 数量, 从 而改变 合成或 分解过 程的速 度来实 现的, 称细 胞或分 子水平 调节, 这 类调节 
为一切 调节的 基础。 随 着生物 进化为 多细胞 生物, 出现 了内分 泌腺, 它 所分泌 的激素 作用于 
靶 细胞, 可改 变酶的 结构或 数量, 从而调 节代谢 反应的 方向和 速度, 称激素 水平的 调节。 髙 
等 动物则 不仅有 完整的 内分泌 系统, 还有功 能复杂 的神经 系统。 在中 枢神经 系统支 配下, 通 
过 神经递 质对效 应器发 生直接 影响, 或逋过 神经激 素改变 某些内 分泌腺 的激素 分泌来 对整体 
的 代谢进 行综合 调节。 内外 环境的 变化可 通过这 种神经 -体液 调节来 影响代 谢速度 * 上 述三个 
水 平的代 谢调节 方式, 在高等 动物及 人体都 存在。 

有 关激素 对糖、 脂类、 蛋白 质代谢 的调节 已分别 在相应 章节中 阐述。 本章 在复习 糖、. 脂 
类、 蛋白 质代谢 相互关 系的基 础上, 重 点介绍 细胞 水平的 ^节 (包 括酶 活性的 调节^ 基因表 
达的 调控) 以 及激素 调节的 机理。 

第一节 糖、 脂 类和蛋 白质代 谢的相 互关系 ' • 

生 物体内 的物质 代谢是 二个完 整而统 一的. 过程。 各种 代谢途 径密切 联系, 相互 制约。 今 
以糖、 脂类 和蛋白 质代谢 之间的 相互关 系为例 说明。 它们是 通过代 谢中间 产物, 如丙 酮酸、 

乙酰辅 酶人、 草酰 乙酸和 oc- 酮 戊二酸 等来实 现的。 如图 12- 1 所 示三羧 酸循环 是三者 互相转 
化 的中心 环节。 - 

从图 12-1 可见, 糖 代谢和 脂肪代 谢的中 间产物 可转变 成蛋白 质分子 中的非 必需氨 基酸。 ' 
蛋白 质的分 解产物 a- 酮酸则 能转变 成糖或 脂类。 糖 分解代 谢的重 要中间 产物乙 酰辅酶 A 是合 
成非 必需脂 肪酸与 胆固醇 的主要 原料; 糖 分解的 另一中 间产物 3- 磷 酸甘油 醛又能 转变成 a- 磷 
酸 甘油参 与脂肪 合成。 因此, 糖在体 内可转 变成脂 肪和胆 固醇。 脂肪 分解成 甘油, 后者 通过糖 
异 生作用 可转变 成糖。 但这 仅占甘 油三酯 的极小 部分。 而脂肪 酸代谢 的主要 产物乙 酰辅酶 A 
转变 成丙酮 酸的量 较少, '故脂 肪难于 净转变 为糖。 这些 都反映 了糖、 脂 类和蛋 白质之 间的相 
互转化 过程。 • , 

必须 指出, 糖、 脂 类和蛋 白质之 问的 转化 是有条 件的。 例如, 只有糖 供应充 分时, 才能 
大量 转变成 脂类。 各代谢 物之 间的转 化程度 也是有 明显差 异的, 如 糖容易 转变成 脂肪。 反之 



一 260 ― 




j! 旨肪 转变成 糖是有 限的。 

糖、 脂类和 蛋白质 之间, 不仅有 
相互 转化的 一面, 还存 在着相 互影响 
和制 约的另 一面。 在 生理情 况下, 人 
体所需 能量主 要由糖 的氧化 供给, 其 
次才由 脂肪和 蛋白质 提供。 如 糖代谢 
发生 障碍, 引 起供能 不足, 则 脂肪和 
蛋白质 分解代 谢必然 加速, 以 保证人 
体能量 需要。 其 结果是 体内脂 肪和蛋 
白 质过度 消耗, 脂 肪大量 分解, 产生 
酮体 过多, 引起酸 中毒。 糖代 谢发生 
障碍, 引 起供能 不足, 还可影 响蛋白 
质 合成代 谢及其 分解转 变成尿 素的过 
程。 

" 此外, 核酸 与糖、 脂类、 蛋白质 
代谢 也相互 联系, 相互 制约, 互相转 
化。 体内 许多游 离核苷 酸在代 谢中起 

着重要 作用。 如 ATP 是能量 和磷酸 
基 团转移 的重要 物质, GTP 参 与蛋白 
质 的生物 合成, UTP 参与多 糖的生 
物 合成, CTP 参 与磷脂 的生物 合成。 

mis 辅酶 n、 fad 等。 核苷 酸的嘌 吟和嘧 啶环是 由几种 氨基酸 参与合 成的。 核苷 酸的核 
糖又是 从糖代 谢的磷 酸戊糖 通路而 来的。 核酸和 蛋白质 生物合 成的关 系更为 密切, 而 核酸的 
生物 合成又 需要许 多蛋白 质因子 参与。 可见体 内的物 质代谢 是一个 完整而 统一的 过程。 



m 12-! 糖 j 旨类 和蛋 白质代 谢的相 互关系 
体内许 多辅酶 或辅 基含有 核苷漦 组份, 如辅酶 a、 辅 



第二节 细 胞水平 的调节 

活细 胞的一 个重要 特征, 是它 对细胞 外信 号和 刺激可 作出灵 敏的应 答 并进行 自我调 
节。 这些信 号包括 神经、 激素、 代 谢物、 离子、 药物、 光量 子等。 当 遇到信 号时, 细 胞可坶 
过 调整隐 活性 水平、 基 因表达 水平、 给出 正调节 (激活 ) 或 负调节 (抑制 ), 以 维持内 环境相 
对 稳定。 • 

一、 酶活性 的调控 

酶在细 胞内有 一定的 布局, 催化 某一代 谢途径 的酶往 往组成 一个酶 系统而 分布在 细胞内 
的特定 部位。 例如, 糖 酵解、 磷鲛戊 糖通路 和脂肪 酸合成 的酶系 存在于 胞液; 三羧酸 循环、 
脂肪鲛 P- 氧化和 氧化磷 鲛化的 酶系存 在于线 粒体; 核酸 合成酶 系大部 分在细 胞核。 这 样的隔 
离 分布为 细胞水 平的调 节创造 了有利 条件, 使某些 调节因 素可专 一地影 响细胞 某一组 分中的 

诲活 性。 一些离 子或代 谢物在 细胞各 组分之 间的. "穿校 移动" (Shuttle) 也可 改变细 胞不同 
组分 的某 &代谢 速度。 例如 Ca 2+ 从肌 细胞线 粒体中 释出, 可促进 胞液中 的糖原 分解, Ca l+ 进 



— 261 — 



入 线粒体 则有利 于糖元 合成。 

体 内某代 谢途径 的速度 改变, 往往只 取决于 多酶系 统中的 某些酶 ,甚至 某一个 关键酶 (限 
速酶) 活性的 变化。 这些 酶通常 只能催 化单向 反应, 其酶 活性的 改变不 但可影 响整个 酶系的 
酶促 反应总 速度, 甚 至可改 变代谢 方向。 例如, 糖 酵解过 程有十 一种酶 参与, 其 中己糖 激酶、 

磷酸果 糖激酶 和丙酮 鲛激酶 是限速 睥。 当 细胞内 ATP/AMP 的比值 增加, 则 可抑制 上述三 
种酶, 从而降 低糖酵 解的速 度;. 同时 通过激 活果糖 -1, 6- 二磷 酸酶, 又 可加速 糖异生 作用。 
因此, 改变某 些关键 酶或限 速酶的 活性是 细胞水 平代谢 调节的 基础。 

酶活 性的调 控主荽 有两种 方式: 一种 是对酶 结构的 调节, 一 般在数 秒一数 分钟内 完成。 
它是 通过酶 分子结 构的改 变来实 现的调 节。. 另一种 是对酶 数量的 调节, 它是需 经数小 时甚至 
数十 小时才 能实现 的迟缓 调节。 主要 是通过 基因表 达的调 控影响 酶分子 合成或 影响酶 分子降 
解的速 度来改 变细胞 内酶含 量以调 节代谢 速度。 

(一) 反 馈抑制 的概念 (图 12-2) 



if 

AKI 



AK£ 
AKI 

te 



门冬 氨酸" 门冬 氨跌磷 鼓一— 门冬氨 酰半醛 ~> 同型 丝氨酸 ~> 苏氨酸 

e I el e I 

胱硫醚 



:a 吡啶該 



赖氨酸 



i 

--•L- 甲^ 氨酸 

1 



a- 酮 基丁酸 



L- 异 亮氨酸 



图 12-2 门 冬氨酸 代谢调 节简图 

- 反馈 抑制主 要是指 反应系 统中最 终产物 对钧始 反应的 酶活性 的抑制 作用。 当碰终 产物积 
累到' 一定 量时, 可使反 应速度 减慢; 反之, 葳 终产 物消 耗时, 反应 速度又 加快。 如此 不断地 
调节, 以维持 平衡, 犹如恒 温调节 控制, 故 称反馈 控制。 ' 

反 馈抑制 有多种 方式, 例如, 在 大肠杆 菌内苏 氨鲛、 异亮 氨酸、 甲 硫氨酸 和赖氨 酸均由 
. 门冬 氨酸经 不同分 支途径 合成。 这些 途径可 通过三 种形式 的反馈 抑制相 互配合 构成统 一体。 

1. 最终产 物分别 对初始 反应的 同工酶 进行反 馈抑制 如苏 氨酸和 赖氨酸 能分别 抑制大 

肠 杆菌中 门冬氨 酸激酶 AKI 和 AKIE, AKH 则受. 到甲硫 氨酸的 阻遏。 

2. 最 终产物 反馈抑 制合成 途径中 的分支 反应的 酶活性 如 赖氨酸 抑制从 门冬氨 酰半醛 
转变成 二氢吡 啶鲛; 甲硫氨 酸抑制 同型丝 氨酸转 变成胱 琉醚; 异亮氨 酸抑制 苏氨酸 转变成 a- 

酮基丁 酸的分 支代谢 反应。 

3. 最终 产物的 顺序反 馈抑制 如 最终产 物异亮 氨酸的 堆积, 抑制苏 氨酸脱 氨酶, 引起苏 
氨酸堆 积,. 后者 又进一 步抑制 AKI 的 活性。 

最终产 物对初 始反应 的反馈 抑制, 可 避免生 成过多 的中间 产物, 消耗 过多的 ATP, 在 
代谢 控制上 是经济 有效的 措施。 . ' 

(二) 变构 效应物 的调节 



— 262 — 



J . 变 构调节 的概念 最 终产物 对初始 反应进 行反馈 抑制是 通过代 径 屮分 布在 7£馈 
抑 制点上 的一类 变构酶 (Allosieric Enzyme) 而实 现的。 它 们可受 代谢物 (包 括最^ 产物、 
中 间产物 及其它 途径代 谢物) 的 影响, 而发 生构象 改变, 从而 改变酶 活性。 凡 能使酶 分子发 
生 变构的 物质, 称 变构效 应物。 如变 构后, 导致 酶活性 抑制, 称 变构抑 制剂。 反之称 变构激 
活剂。 例如, 胞苷 三磷酸 (CTP) 是门 冬氨鲛 转氨甲 酰基酶 (ATCasc) 的 变构抑 制剂, ATP 
是 ATCase 的 变构激 活剂。 

COOH 



COOH 

u 

d)HNH 2 

COOH 

门 冬氨酸 







NH, 



+ H 2 N T — COF0 3 H, -0=C 



CH 2 

'CHCOOH 



氨甲 酰磷酸 



Lctp 

代谢 I 用 



H 氨 甲酰门 冬氨酸 
1 



+ H,P0 4 



表 12-1 是糖 酵解、 三羧酸 循环、 糖异 生和脂 肪酸合 成代谢 中某些 变构酶 的主要 变构剂 < 
表 12 - 1 糖代 谢和腊 肪酸合 ^ 代谢中 的一些 变构酶 及主要 变构剂 



B 类 


' 变构 抑制剂 


变构 激活剂 


酶 类 


变构 抑制剂 


变构 激活剂 


糖酵' 解 






糖异生 






己糖 


G-6-P 


ADP. AMP. 


丙酮酸 羧化酶 




乙酰 CoA 、 ATP 


硖酸果 掂激酶 


ATP, 柠檬酸 


F-6-P 


I 果糖 -1,6 -二 


, AMP 




丙 S 齩激酶 


ATP、 乙酰 CoA 


FDP 


碟酸 雜 






三羧 酸循环 






1 脂肪 酸合成 






柠檬 K 合成 SS 


ATP 、长 链脂酰 
.CoA 


AMP 


乙酰 CoA 羧化酶 


长 链脂酰 CoA 


柠 檬酸、 异 柠檬酸 


异柠 校酸; iiiS 酶 


ATP 


ADP. AMP 









• 不包 括葡萄 糖激酶 

由表 12-1 可见 * 同一代 谢物对 不同变 构酶具 有不同 效应。 如 柠檬酸 是糖酵 解过程 中磷酸 
果糖激 K 的变 构抑 制剂, 又是 脂肪酸 合成过 程中, 乙酰 CoA 羧 化酶的 变构激 活剂。 

变构效 应物使 酶蛋白 分子发 生构象 改变, 从而影 响嗨活 性及相 应的代 谢途径 称变构 调节。 

2. 变 沟调节 的机理 酶 反应动 力学、 电镜和 X 线衍射 等研究 表明, 变构酶 一般由 催化亚 
基和 调节亚 基组成 。催 化亚基 和底物 结合, 发 挥俊化 作用; 调节 亚基与 变构剂 结合, 起调节 
作用。 有 时也可 在同一 亚基上 存在催 化部位 和调节 部位。 变构效 应剂通 过非共 价键与 调节亚 
基 上的某 些基团 结合, 影 响酶的 构象, 引 起酶蛋 白四级 结构的 改变, 如 变为松 弛型或 紧密型 
从 而改变 酶的催 化亚基 与底物 结合的 性能, 使酶活 性发生 相应的 变化。 

3. 变构调 节的生 理意义 变 构调节 在生物 界普遍 存在, 它是 体内快 速调节 酶活性 的主' 
要 方式。 通 过变构 调节, 代谢终 产物常 能反馈 抑制该 代谢途 径中催 化起始 '反 应的变 构酶。 例 
如, ATP 是糖 有氧氧 .化 的终产 物., 可 以反馈 抑制磷 酸果糖 激酶, 使 6- 磷 酸果糖 (F-6-P) 和 
6- 磷酸 葡萄糖 (G-6-i>) 堆积, 后者又 反馈抑 制己糖 激酶, 从 而减少 葡萄糖 的氧化 作用。 

葡萄糖 Ml 座— F-s-P 碟酸果 糖激薛 — FDP— — — CH 3 COSCoA 

A e I je { 

- ― 、、• ATP + H!0 + CO, 



— 2 63 — 



上述代 节方式 的生理 怠义, 在 于保证 体内能 源物质 ATP 或 其它代 谢产物 (如 脂肪 
酸 3) 的产 量不致 过多或 不足, 并可避 免生成 不必要 的中间 产物。 

当代^ 产物过 剩时, 又可 通过变 构调节 使该产 物的前 体消耗 于其他 途径。 如柠檬 酸过多 
时, 可抑 制磷鲛 果糖激 酶和激 活乙酰 CoA 羧 化酶, 使柠檬 酸的前 体丙酮 鲛来源 减少; 并使 
乙酰 CoA 用于 脂肪酸 合成, 以避 免柠檬 酸继续 堆积。 

丙二酰 CoA—— 脂肪酸 




葡萄溏 — G-g-P^=^F-6-:P ~ >FDP— — — 丙酮酸 • ~ > 乙酰 CoA 







柠 S 酸一 I 



(三) 珠 蛋白的 薛促化 学修饰 的调节 

酶 蛋白肽 链上的 某些基 团可在 另一种 酶的催 化下, 发生 可逆的 共价键 的变化 》 从 而改变 
酶 活性, 这种作 用称酶 促化学 修饰。 例如, 磷酸化 和脱磷 酸化, 乙酰化 和脱乙 酰化, 甲基化 
和脱 甲基化 以及一 SH 基和一 S — S — 基的互 变等。 

酶 促化学 修饰对 机体内 酶活性 的调节 有重大 意义。 因' 为 变构调 节时, 若变 构效应 物浓度 
表 12-2 酶 促化学 修饰对 酶活性 的调节 



m 类 


反 应类型 


修^ 引 起的活 性变化 


糖原磷 酸化跨 


磷酸化 / 股磷酸 


激活 / 抑制 


磷酸化 K'o& 酶 ' 


磷酸化 /us 硗酸 


淤活 / 抑. 制 


糖原 合成^ 


磷酸化 / 脱 ^酸 • 


抑制 / 激活 


谷氨 s 胺合 成醉 


磷酸化 / 脱磷酸 


抑制 / 激活 



2 A TP 





很低, 就不足 以与全 部酶分 子的调 节部位 结合, 结果部 分酶分 子仍处 于活性 状态。 而 通过酶 
促化学 修饰, 只 要有催 化剂量 的调节 因子, 即 
可使 全部被 修饰的 酶改变 活性。 因此, 酶促化 
学修饰 对酶活 性的调 节效. 率是很 高的。 它是体 

内快速 调节的 另一重 要方式 。表 12-2 列 举了酶 
促化学 修饰对 酶活性 的调节 作用。 

例如, 肌肉中 糖原磷 酸化酶 b 是由 分子量 
100, 000 和 95, 000 的两 个亚基 组成。 每 个亚基 
各接上 一个磷 酸基, 即转 变为高 活性的 二聚体 
磷酸化 酶&。 两分 子磷 鲛化酶 a 可进一 步聚合 
^活性 较低的 四聚体 磷酸化 酶 a 。 

肝 糖原合 成酶, 分 子量约 290, 000, 也有 
两种 形式: 一种 是无活 性的、 磷 酸化的 D 型; 另一 种是 有活. 性的、 脱 磷鲛的 I 型, 这 两种形 
式也可 在相应 的酶和 ATP 存 在下, 互相 转化。 

与 变构酶 不同, 酶促化 学修饰 调节是 通过酶 蛋白分 子共价 键的改 变而实 现的。 体内 酶促化 
学 修饰反 应往往 是连锁 反应, 即一 种酶经 化学修 饰后, 被修 饰的酶 又可催 化另一 种^ 分子逬 



探酸化 51b 



2ADP 

、o° 

2E a O 

^改 化 



mm* 

(低活 tt) 



图 12-3 肌肉 磷酸化 酶的酶 促化学 

. 修 饰作用 



— 264 ― 



行化学 修饰, 每修饰 一次就 产生一 次 放大。 因此, 极少 量的调 节因子 经逐级 放大, 可 产生显 
著 的生理 效应。 例如, 肾上腺 素或胰 高血^ ^浞进 肝锗原 分解, 是由于 它们激 活磷酸 化酶和 

抑制 糖原合 成酶而 实现的 (图 12-4)。 只要 有极微 量的^ 上腺素 或胰高 血糖素 到达靶 细胞, 
就会 促使靶 细胞内 cAMP 含量升 离, 然后幵 动一系 列酶促 化学修 饰反应 (cAMP— 活 化蛋白 
激酶— 活化磷 鲛化酶 b 激酶— 活化磷 酸化酶 b) , 最终 使无活 性的磷 酸化酶 b 转变成 有活性 
的磷 酸化酶 a', 从 而催化 糖原分 解成葡 萄糖。 假如, 每 一次反 应放大 10 倍, 从激 素促进 
cAMP 生成 的起始 反应, 到 生成磷 酸化酶 a 为止, 经 过四次 放大, 则调 节效率 可提高 10< 
倍。 • 另一 方面, 肾上腺 素和胰 高血糖 素通过 cAMP 激 活蛋白 激酶, 后 者不仅 使无活 性的磷 
酸化酶 b 转变 成有活 性的磷 酸化酶 a, 而且使 有活性 的糖原 合成酶 I 转 变成无 活性的 糖原合 
成酶 D, 抑制 肝糖原 合成, 这样 就更保 证了肝 糖原的 分解。 一分 子胰高 血糖素 可从肝 糖原分 
解出 3 00, 000 分子葡 萄糖, 可见 其效率 之高。 • 

'• 胬 上腺素 或胰髙 血糖素 

' I • 

腺苷敌 * 环化酶 胰岛素 糖元 合成^ 1( 有 居性) 

■AT 2 



ATP— cAMP^^S'- 蕭 

蛋白激 m (无 活性) 一" > 蛋白^ H (有 活性) ~» f\ 

I 糖元 合成" D(S5 酸 化型, 无 活性〉 

ATP I ADP 

» 接化嗨 b 激酶 (无 活性) ■ ► I 々饯化 61 b 激酶 (瞵酸 化型, 有!' g 性〉 

, ATP ADP • 

' 磷 酸化嗨 b (无 活性) - 、1乂 磷 钹化酵 a (瑭酸 化型, 有 活性) 

糖元 ~~ > ^酸 葡萄糖 
I 

葡^ 塘 

图 12-4 肾上腺 素和胰 髙血糖 素对肝 糖原合 成与分 解的调 节过程 

(四) 钙调 节蛋白 (Calmodulin; CaM) 对 酶活性 的调节 

钙调节 蛋白是 一种 能与钙 结合而 起调节 细胞功 能的蛋 白质, 广 泛存在 于真核 细胞。 它由 
148 个 氨基酸 组成, 分子量 16,790, 分子中 有四个 Ca 2+ 结合点 (图 IS- 5)。 一旦与 Ca 2+ 结 
合, 钙 调节蛋 白可发 生构象 变化, 成 为一些 酶的激 活剂。 后 者与酶 结合, 引 起酶的 构象改 
变, 使 之由非 活性态 转为活 性态, 从而将 Ca 2+ 信号转 为特异 的生化 反应。 钙 调节蛋 白的发 
现使长 达百年 的有关 Ca 2+ 如何 调节细 胞功能 之谜, 在 分子水 平上得 到阐 明。 

钙调节 蛋白通 过影响 有关酶 活性, 参与调 节细胞 内生化 反应。 如它 能控制 与倍息 传递过 
程中第 二信使 cAMP 的 合成、 分 解有关 的腺苷 鲛环化 酶和磷 酸二酯 酶; 与糖原 合成、 分解有 
关的 蛋白激 酶等; 能调节 有钙泵 作用的 Ca 2+ -ATP 酡; 调节 与平滑 肌收 缩有关 的肌^ M 白 
轻 链激酶 (Myosin Light Chain Kinase) 等。 在脑 中, 活 化的钙 调节蛋 白能同 时激活 腺苷酸 
环化酶 和磷铰 二酯? 5|, 佴与两 种酶的 亲和力 不同, 从 而调节 cAMP 浓度。 



— 165 — 



图 12-5 牛脑钙 调节蛋 白的一 级结, 构 

式中 A 表示 Ala:D, Asp;E.Glu : F,Phe : G,Gl, ; H, Hi- I, He ; K, Ljs ; L,Leu:. 
M, Met; N. Asn ; P. Pro;Q, Gb: R. Arg : S, Ser : T, Thr: V. Val : Y, Tyr. 

黑圈 部分为 ct- 螺旋, 

Ca 2+ 与钙调 节蛋白 之间的 关系, 类似于 CAMP 和蛋 白激酶 之间的 关系, 它 们是细 ^ 内 
两 种信使 系统, 可以 协同、 拮 抗或单 独发挥 作用。 - 

除酶结 构的调 节外, 生物 体还可 以改变 酶蛋白 的合成 或降解 速度, 来影响 细胞内 酶的含 
量, 从 而调节 代谢。 

酶的底 物、, 代谢 产物、 激素或 药物等 都能影 响酶^ 合成。 凡 能增加 酶合成 的化合 物称诱 
导剂; 减少 酶合成 的化合 物称阻 抑剂。 诱导 剂或阻 抑^, 可作用 于酶蛋 白合成 过__ 程的 转录或 
翻译 水平, 尤以 影响转 录较为 多见。 这 种调节 作用需 经一系 列蛋白 质生物 合成环 「节, 故调节 

— 266 — 



效 应出现 较迟。 然而, 一旦 酶诱导 合成, 则能 保持其 活性, 直 至酶蛋 白降解 为止。 因此, 
节 效应持 续时间 较长。 调 节酶蛋 白的合 成可通 过基因 表达的 调控来 实现, 将在 下一节 讨论。 

二、 基 因表达 的调控 

1. 原核 生物基 因表达 的调控 原 核细胞 没有分 化的细 胞核和 核膜, 只 有核样 物质, 它 
包含 60% 以上 DNA 和 30%RNA 以及 少量的 蛋白质 (1%), 它不 象真核 细胞染 色体上 DNA 
与 蛋白质 (组蛋 白等) 结合 成高度 严密的 结构, 其 DNA 也不 受这种 结构蛋 白质的 控制。 因 
此基因 调控相 对比较 简单。 由 于没有 核膜的 分隔, 所 以原核 生物基 因转录 mRNA 时 出现边 
转录 边翻译 的偶联 反应。 原 核细胞 有关功 能的基 因通常 是连锁 分布, 并以一 个单位 (操 纵子) 
进行 表达和 调节。 

根 据对外 界反应 能力的 差别, 原核 细胞基 因表达 可分两 大类: 一类 称组成 型或静 止型, 
即 其基因 产物表 达高度 稳定, 很 少或不 受细胞 内代谢 状态的 影响, 产生 恒定数 量的酶 (或蛋 
白质 )。 另一类 称适应 型或活 化型, 其基因 表达明 显受外 界营养 条件和 细胞内 有关因 子的影 
响, 例如, P- 半乳糖 苷酶, 当以乳 糖为唯 一碳 源时, 由于受 乳糖的 诱导, 酶的 合成量 大增, 
这种 酶称诱 导酶。 如组氨 酸合成 酶系, 在有组 氨酸存 在时表 现出酶 合成显 著受到 抑制, 此种 
酶称" 阻遏 酶"。 原 核细胞 的基因 表达约 80% 为 恒定组 成型, 20% 是可 以诱导 或阻遏 的适应 
型。 

原核 生物如 细菌, 细胞常 将相关 功能的 基因和 控制它 的基因 组织在 一起成 为一个 协同表 
达的操 纵子, 用 来精确 地控制 着基因 的表达 产物, 如 参与分 解代谢 或合成 代谢的 酶系。 大 
量研究 表明, 染色体 DNA 分 子中不 仅存在 着能转 录生成 mRNA 的 信息区 (由 于信 息区包 
含的 基因, 起 着规定 蛋白质 结构的 作用, 故称结 构基因 ), 而且 在信息 区邻近 还存在 着控制 
信 息转录 的控制 区和调 节基因 (R), 后 者可转 录和翻 译阻抑 蛋白, 具有调 节基因 表达的 功能。 
控制区 包括启 动基因 (P) 和操 纵基因 (◦)。 启 动基因 是专供 RNA 聚 合酶附 着的转 录起动 
部位; 操 纵基因 是阻抑 蛋白的 受体。 一旦 调节基 因产生 的阻抑 蛋白, 紧密 结合在 操纵基 因上, 
则 附着在 起动基 因上的 RNA 聚 合酶就 不能移 动到结 构基因 (S) 处, 使结 构基因 处于" 关闭" 
状态。 反之, 在诱 导剂存 在下, 诱导 剂与阻 抑蛋白 结合, 此 结合物 不与操 纵基因 结合, 则 
RNA 聚 合酶能 顺利地 从启动 基因向 结构基 因移动 而开始 转录, 使结 构基因 "开 放"。 染色体 
DNA 分子中 的信息 区和控 制区共 同组成 "操 纵子" (Operon) 调节 系统。 

例如, 大 肠杆菌 DNA 的 调节基 因可转 录和翻 译出乳 糖阻抑 蛋白。 它对乳 糖操纵 子的操 
纵 基因上 特殊颐 序的核 苷酸碱 基有较 强的亲 和力, 能紧密 地与其 结合, 使附着 在操纵 子启动 
基 因上的 RNA 聚合 酶不能 移动到 结构基 因处, 以致结 构基因 Z、 Y、 a 不能 转录出 相应的 
mRNA, 也就不 能合成 与乳糖 代谢相 关的三 种酶, 即 P- 半乳 糖苷酶 (催 化乳 糖水解 为半乳 
糖和 葡萄糖 )、 P- 半 乳糖苷 透性酶 (使乳 糖进入 细胞) 和硫 代半乳 糖苷转 乙酰酶 (使 乙酰 CoA 
上乙銑 基转到 硫代半 乳糖苷 分子上 ), 使乳糖 操纵子 结构基 因呈" 关闭" 状态 . v ( 图 12-6a)。 
如果 大肠杆 菌培养 液中, 以 乳糖为 碳源, 则 诱导剂 别乳糖 (乳 糖在体 内可转 变为别 乳糖) 能 
与乳 糖阻抑 蛋白结 合成复 合物, 改 变阻抑 蛋白的 构象, 使其不 能与操 纵基因 结合, 于 是附着 
在 启动基 因上的 RNA 聚合 酶能移 动到结 构基因 部位, 使结构 基因" 开 放"、 转 录和翻 译出上 
述三种 诱导酶 (图 12-6b)。 待乳糖 耗尽, 与 阻抑蛋 白结合 解除, 则阻抑 蛋白又 重新与 操纵基 
因 结合, 停止诱 导酶的 合成。 



— 267 ― 



fi» 子 




RNA i 
inRJlA 聚合 





诱 3 剂不 存在吋 



, . . 樣代半 转乙 gw 

b. 诱导剂 存在时 



图 12-6 乳糖操 纵子及 其调节 
诱 导酶的 生成, 在生物 界相当 普遍。 除酶 促反应 底物可 作诱导 剂外, 某些 激素和 外源性 
药物或 毒物也 可能作 为诱导 剂来诱 导酶的 合成, 改 变细胞 内酶含 量以调 节代谢 (包括 药物的 
代谢转 化)。 实验 指出, 调 节基因 转录、 翻 译的某 些阻抑 蛋白, 可能 原来无 活性, 不能 与操纵 
基因 结合, 结 构基因 处于" 开放" 状态。 只 有在辅 阻抑物 (阻 抑剂) 存 在下, 形成 辅阻抑 物- 
阻仰 蛋白复 合物, 才能 使无活 性的阻 抑蛋白 活化, "封闭 "结构 基因, 阻止酶 蛋白的 合成。 这 
是 酶含量 调节的 另一重 要方式 (图 12- 7)。 某些代 谢最终 产物就 是辅阻 抑物。 例如, 当大肠 
杆 菌生长 于含有 色氨酸 的培养 液中, 其 色氨酸 合成酶 系的活 性明显 降低。 这是 通过色 氨酸操 
纵 子来调 节酶合 成的。 色氨酸 是辅阻 抑物, 它 能与原 来无活 性的阻 抑蛋白 结合, 形成 有活性 
的辅 阻抑物 -阻抑 蛋白复 合物, 后者 与色氨 酸操纵 子的操 纵基因 结合, 阻止了 结构基 因的转 
录, 从而抑 制了酶 蛋白的 合成。 



] 



〜一 

i 



\ 



色氰 酸合成 85 系 



E 抻蛋白 



^阻抑 * 
(色 識〉 



辅 S 抑^ 不^ '在时 



辅阻 抑物- s 抑蛋白 复合? u 

(有活 ti) 

辅 ia 抻物 存在吋 



图 12-7 辅 f 且抑 物对 操纵子 的调节 

• 某 些调节 基因如 阿拉伯 糖操纵 子产生 的调节 蛋白, 在阿 拉伯懷 存在时 能激活 结合于 DNA 上的 RNA 

聚 合酶, 从 而使基 因表达 起始, 这类 特殊的 调节蛋 白对操 纵子有 正调控 作用。 --' 二 

此外, 大部 分合成 代谢途 径的搡 纵子, 常可借 助终末 产物的 浓度, 通过翻 译的核 糖体的 介导, 使那 
些有 转录活 i 生的 RNA 聚 合酶从 操纵子 上解离 下来, 从 而降低 结构基 因的表 达率, 此类 调节^ 制即近 年来重 
^的衮 减作; 13. 袞 减机 制在控 制基因 产物的 过量和 产物种 类的配 比方面 可能是 一种快 速灵敏 的调节 方式, 
如 色氨酸 操纵子 等均存 在衮减 子区. ' - 



2. 真核生 物的基 因调控 真核 细胞基 因的转 录与翻 译分别 在核和 胞质中 进行。 其 DN 人 
与组 蛋白, 非组蛋 白结合 成复合 物一染 色质。 一般情 况下真 核细胞 基因组 只有约 迸行转 
录。 在 原核细 胞中, 基 因表达 的调控 主要以 操纵子 形式进 行转录 调控, 而真核 细胞除 转录调 
控外, 还有 转录后 加工以 及翻译 后修饰 的调控 作用。 

真核 细胞基 因由编 码区的 序列一 外显子 (Exon) 和那 些无编 码意义 的间隔 序列一 内含 
子 (Introii) 组成。 它是以 外显子 一内含 子交替 镶嵌的 结构作 为一个 遗传单 位的。 

• 真 核细胞 的基因 调控包 括基因 自身的 改变和 基因表 达的调 控两个 方面, 基 因自 身的改 变可通 过下列 
途径而 实现, 

(1) 基因的 丢失: 如随着 细胞的 分化消 失某个 基因的 活性, 或者通 过某种 机制将 其某段 DNA 丟失. 

(2) 基因的 扩增: 如爪 蟾卵母 细胞经 两次扩 增与放 大可使 rRNA 基因单 位增几 千倍, 此 时每个 卵母细 
胞合成 10" 个核 糖体, 占整个 RNA 的 75%, 借 助基因 扩增使 细胞产 生大量 的特异 的基因 产物, 这是 真核细 
胞 DNA 水平 调控的 另一种 方式. 

(3) 基因的 重排: 如 免疫球 蛋白的 多样性 就是免 疫球蛋 白基因 的重排 和转换 表达的 结果. 
在 真核生 物中, 基因 表达的 调控主 要发生 在转录 和翻译 水平。 

(1) 真核 生物转 录水平 上的基 因表达 调控: 组蛋白 是染色 质转录 中的通 用阻抑 分子, 它 不但能 强烈地 
抑制 DNA 模板 活性, 而且还 能阻止 DNA 模板上 RNA 链的 延长. 组蛋白 翻译后 的修饰 作用对 基因转 录会产 
生 影响, 如甲 基化可 加强与 DNA 作用的 能力; 磷酸化 可能与 RNA 合 成及基 因激活 有关; 乙 酰化可 能使组 
蛋白与 DNA 分子 间联系 减弱, 从而使 DNA 的 伸展与 转录更 加顺利 进行。 

非组 蛋白的 种类至 少比组 蛋白大 2~3 个数 量级, 既有 组织特 异性, 又有与 DNA 结 合的特 异性. 体外试 
验表明 某些非 组蛋白 能刺激 RNA 的 合成. 组 蛋白对 DNA 的转 录起着 非特异 的抑制 作用, 而 非组蛋 白却能 
解 除这种 抑制. 

增强子 (Enhancer): 存 在于多 种真核 细胞基 因中, 具 有促进 启动子 (即 启动 基因) 的转录 ^始 活性, 
:?! 基 因有效 表达所 必需的 结构。 根据 增强子 作用的 类型可 将其分 为受外 界因素 影响的 诱导性 增强子 和 与组 
织特 异性、 发育 阶殁性 有关的 组织特 异性增 强子, 它 们可分 别促进 诱导蛋 白和结 构蛋白 基因的 转录, 研究 
表明, 类固 醇-受 体复合 物与诱 导性增 强子的 结合位 点是类 固醇依 赖性基 因表达 的调节 区域, 一些 癌变细 ti 
过多的 产生一 些特异 蛋白, 很可 能与增 强子刺 激某些 基因过 度表达 有关. 研究 增强子 不仅有 其理论 意义, 
而 J1 可 望应用 于基因 工程, 促进工 程菌的 组建, 如 果能利 用增强 子具有 促进发 育和增 强转录 活性的 特点, 
把它 组装在 外源真 核生物 激素基 因的附 近让细 菌生产 激素, 那将 是生物 技术中 的一个 突破。 

启动子 (Promoter) : 染 色质中 的启动 子在不 同条件 下产生 不同的 构象, 在成熟 的静止 的细胞 中启动 
子的 结构可 以是双 链的。 在活 性染色 质中, 可能变 成单链 ,在 一些区 段还可 以形成 发夹环 结构. 研究 表明, 
染色质 内基因 转录活 性取决 于染 色质内 启动子 的构象 状态, 而启 动子的 构象又 依赖于 各种配 体如转 录活性 
因 子等的 结合, 因此这 些配体 和细胞 内外的 信号分 子能够 通过其 所引起 的构象 变化来 调节染 色质上 基因的 
转录 活性. 

反义 RNA/DNA 在 基因表 达中的 调控: 过去认 为原核 或真核 细胞中 结构基 因的表 达都是 通过调 节基因 
产生 的蛋白 质来调 控的。 近年 来发现 一些调 节基因 产生的 RNA 也 可以有 效地调 控基因 表达. 这些 调控基 
因 称反义 基因, 由反义 基因转 录出的 mRNA 称反义 RNA (Antisense RNA). 反义 RNA 可 通过其 碱基序 

列与 相关的 mRNA 碱基序 列形成 互补碱 基对, 从 而影响 mRNA 的 翻译. 该项 发现启 发人们 应用人 工反义 
基因 或反义 RNA 来控 制细胞 内的癌 基因、 病毒 基因. 遗传 缺陷基 因等的 表达, 以治疗 肿瘤、 病 毒性和 a 传 
性 疾病. 研究 表明, 用人 工反义 RNA 可成 功地抑 制简单 疱疹病 毒的胸 腺嘧啶 核苷激 酶基因 在小鼠 LTK- 细 
胞中的 表达. 

RNA 剪接 是真核 细胞基 因表达 的关键 阶段, 通 过这个 阶段的 调节可 以产生 许多具 有功能 的、 并^ 有 
用 信息的 分子. 硏究 表明, 这种剪 接是真 核生物 中普遍 存在的 现象, 并 且是转 录后阶 段中极 其重要 的有显 



― 2 '39 — 



著效 应的调 节机 ^。 它 不仅对 亍成熟 细胞的 基因 表达, 而且 对于发 育的细 胞基因 的表达 也至关 重要. 细齒 

可以通 过不同 的剪接 方式, 从细 胞内不 具有活 性的原 初转录 本产生 不同种 类的有 活性的 mRNA, 以 适应不 
同 组织或 各发育 阶段的 需要。 

(2) 真核 生物基 因表达 的翻译 调控: 真 核生物 翻译水 平的调 节在基 因表达 中显得 比原核 生物 更为重 
要. 主要通 过以下 环节来 实现. • 

® 翻译前 mRNA 有 效性的 调节: 在细胞 内已被 加工成 熟了的 mRNA 未必 都具有 活性. 通常其 有效性 
(或 可利 用性) 与 mRNA 本身的 寿命以 及稳定 它的因 素有关 ;同时 也与形 成屛蔽 mRNA (Masked mRNA) 以 
保护和 贮藏它 有关。 '例 如, 在乳 腺中, 酪蛋白 mRNA, 当给 以催乳 素时, 由 于增加 了转录 的起始 速度, 迅速使 
mRNA 浓度 上升, 而且还 增长了 mRNA 的 寿命, 当 激素被 撒回, mRNA 的降 解速度 加速, 浓 度迅速 下降, 
寿 命随之 缩短。 又如 卵母细 胞核糖 雙蛋白 颗粒体 (RNP) 的特异 蛋白质 可以与 mRNA 结合形 成屛蔽 
mRNA, 来控制 翻译前 mRNA 的活^ 和调节 mRNA 在细 胞中的 浓度。 这种翻 译调节 机制对 于发育 时基因 

的转换 表达可 能是有 用的, 

© mRNA 选 择性的 翻译: 例如 a 和 P 珠蛋白 mRNA 的二 级结构 甚至高 级结构 有很大 差异, 以致 椽糖体 
和 一些蛋 白因子 (包 括起始 因子) 的识别 和相互 作用, 以 及核糖 体阅读 mRNA 速度等 方面的 不同, 最 终表现 
出翻 译的总 速度和 翻译的 频率不 相同。 

(D 起译的 调节: 例 如血红 素分子 可通过 控制起 始因子 eIF-2 蛋白 激酶来 调节珠 蛋白的 合成. 当 血红素 
不存 在时, 特异的 eIF-2 蛋白激 酶将使 elF- 2 起始 因子磷 酸化而 失活, 磷酸 化的无 活性的 eIF-2 不 能促使 
Met-tRNA 与 Ms 核糖体 亚基 形成复 合物, 因此翻 译不能 起始. 过 量的血 红素能 结合于 eIF-2 蛋白激 酶使之 
失活, 无活性 的蛋白 激酶不 能催化 eIF-2 磷 酸化, 而使 eIF-2 保 持起始 活性, 翻 译得以 进行, 

© 翻译后 修饰与 调节: 近 年来有 关蛋白 质生物 合成研 究的进 展之一 是认识 了新合 成的肽 链即使 获得了 
天然 的折 叠的构 象信息 还是不 能形成 有功能 性的蛋 白质, 必 须进行 翊译后 的共价 修饰才 能具有 功能. 研究 
表明, 翻译 后的共 价修饰 对于亚 细胞的 运动, 分子的 贮藏, 酶 (补体 等): :的 激活, 酶活性 的可逆 调节, 最终 
功能 分子的 获得, 蛋 白质的 降解等 方面有 着广泛 的生理 意义. . , 

翊 译后共 价修饰 的类型 颇多, 包括磷 酸化、 羟化、 甲 基化、 乙 酰化、 腺苷 酰化、 -S-S- 氧化还 原等. 

由此 可见, 基因 调控并 非简单 的开关 机制, 而是对 基因活 动的整 体性、 程 序性和 反馈性 的调节 与控制 
过程, 1 - 

第三节 激 素水平 的调节 



随 着生物 由低级 向高级 进化, 用 激素来 控制物 质代谢 就成为 高级动 物体内 代谢调 节的一 
种重要 形式。 激 素作用 的特点 之一就 是具有 较高的 组织特 异性和 反应特 异性, 一种激 素往往 
只对一 种或几 种靶细 胞或靶 组织产 生一定 的生物 效应。 & 



生^ 效 g 



例如 ACTH 能促进 肾上腺 皮质合 成皮质 激素。 激素所 [g^H'iZii]^^^^ 生繊 
以具 特异性 作用, 原 因在于 靶细胞 具有能 和激素 特异地 | 
结 合的蛋 白质, 称激素 受体。 这种 受体能 和相应 的激素 [^|^|^ 
结合, 识别 激素的 信号, 并 将信号 转化为 一系列 细胞内 I J ' 
化学 反应, 从 而表现 出激素 的生物 效应。 ' | 

根 据激素 S 体在细 胞中的 定位, 一般 可分成 两大类 t - - :1 



[Dp ~~ - 




细胞膜 受体: 是多肽 和蛋白 质激素 (统 称肽类 激素) 
以及 儿茶酚 胺类激 素等的 受体。 这 类激素 能与细 胞膜受 

体 结合, 引起 细胞内 CAMP 等 浓度的 改变, 从 而产生 图 12-8 两类 激素作 用机理 示怠图 



H, ft 索 

R: 受体 



一 270 一一 



生 物效应 e 这种在 细胞内 传递激 素效应 的物质 称第二 ^使, 而激素 本身可 看作第 一信使 图)' 

12-8) o 

细胞内 受体: 包括 类固醇 激素和 甲状腺 激素的 受体。 类固醇 激素受 体位于 胞液, 能与类 
固 醇激素 结合成 活性复 合物, 转移至 核内, 再与染 色质结 合而发 挥其调 节代谢 的作用 (类固 
醇激素 受体作 用的" 二步 模式" )。 甲 状腺激 素受体 则主要 位于细 胞核染 色质, 与甲状 腺激素 
结合, 影响转 录而调 节代谢 (图 12 - 8)。 

必须 指出, 近 年来发 现在微 粒体、 高尔基 体及核 等细胞 器上也 存在多 肽激素 受体。 由于 
单克隆 抗体等 技术的 发展和 运用, Welshons 和 King 等人 还发现 雌激素 等类固 醇激素 受体主 
要存在 于细胞 核内, 过 去认为 类固醇 激素受 体位于 胞液, 可能是 实验过 程中核 膜受到 破坏的 
结果。 1985 年他 们提出 了雌二 醇受体 (ER) 作用的 "核膜 式"。 1987 年 Parikh 研究 表明, 
ER 存在 于胞浆 和核两 部份, 并有 一个动 态平衡 过程, 故 上述激 素受体 的精确 定位需 进一步 
研究。 

一、 作用于 细胞膜 受体的 激素调 节机理 

来自下 丘脑和 垂体、 性腺 等的肽 类激素 以及肾 上腺髓 质激素 主要是 通过靶 细胞膜 上的相 
应受体 而起作 用的。 激 素和相 应的细 胞膜受 体以非 共价键 结合, 具有高 度的特 异性和 较强的 
亲 和力, 因此受 体对激 素的作 用十分 敏感。 激素与 受体的 结合量 和激素 的效应 成正比 关系。 
因 此体内 激素的 作用强 度不但 取决于 血液中 激素的 浓度, 同时也 取决于 靶细胞 膜上受 体的含 
量, 以及受 体对激 素的亲 和力。 

1. 以 cAMP 为第 二信使 激素和 细胞膜 受体结 合后, 可引 起细胞 膜通透 性的改 变和膜 
上某 些酶活 性的改 变等。 再经 一系列 反应产 生生物 效应。 例如, 胰岛素 能促进 肌细胞 膜对葡 
萄糖和 某些氨 基酸的 转运, 这 些作用 似乎不 一定通 过第二 信使, 属直接 作用。 另一 方面, 很 
多 肽类激 素和受 体结合 后可引 起靶细 胞膜上 腺苷酸 环化酶 (A 环 化酶或 AC) 活性的 改变, 从 
而影响 细胞内 cAMP 的 浓度, 通过 一系列 反应产 生生物 效应, cAMP 是这类 激素的 第二信 
使。 

腺苷 酸环化 酶分布 很广, 除成 熟红细 胞外, 几 乎存在 于哺乳 动物全 部组织 的细胞 膜上, 
它 能催化 ATP 形成 cAMP , 并释出 焦磷酸 (PFi)。 cAMP 在 胞液内 经磷酸 二酯酶 催化可 
进 一步水 解成无 活性的 5'-AMP。 



M 脚 



A T P i„ -鍵 — c AMP + PPi 

cAMP «rg|f|^ 5 ,_ AM p 

Mg 2+ 

细胞膜 受体将 激素信 息传至 腺苷酸 环化酶 
的过 程大致 如下: 细胞膜 受体与 腺苷酸 环化酶 
是两 种可分 离的蛋 白质。 鸟嘌呤 核苷酸 调节蛋 
白 (G 蛋白) 参与 AC 的活化 过程。 当 激素与 
受体结 合后, 可促 进三磷 酸鸟苷 (GTP) 与 G 
蛋白 结合, 形成 G 蛋白- GTP 复 合物, 后 
者进一 步激活 AC, 催化 ATP 成 cAMP (图 ! 2- 9)。 殳体、 G 蛋白和 AC 分 别具有 识别激 




GTP GDP 

m 12-9 激 素作用 于膜受 体激活 ac 的 模式图 



— 271 — 



素、 传递和 转换 信息以 及放大 信息的 功能。 但三者 在细胞 膜中必 须移至 适当位 置才能 发挥作 

用。 必须 指出, G 蛋白对 AC 的作用 有激活 和抑制 两种, 前者称 Gs, 后者称 Gi。 

大部份 肽类激 素能增 加细胞 内 cAMP 的 浓度, 如下丘 脑的促 甲状腺 激素释 放激素 (TRH)、 
促性腺 激素释 放激素 (GnRH) 和生 长素释 放激素 (GHRH); 垂体 前叶的 促甲状 腺激素 
(TSH)、 促肾 上腺皮 质激素 (ACTH) 、卵泡 刺激素 (FSH) 和 黄体生 成激素 (LH); 后叶中 
间 部的黑 素细胞 刺激素 (MSH), 后叶 神经部 的抗利 尿激素 (ADH) 和催 产^; 绒毛 膑的绒 
毛 膜促性 腺激素 (HCG), 甲 状腺的 降钙素 (CT), 甲 状旁腺 的甲状 旁腺素 (PTH), 胰高血 
糖 素等。 肾 上腙髓 质的肾 上腺素 (Ad) 和 去甲肾 上腺素 (NA) 对 肾 上腙素 能受体 作用也 
可使 cAMP 浓度 增加。 这些 激素与 相应 受体作 用后能 激活细 胞膜上 AC, 使 细胞内 cAMP 生 
成 增多。 少数 激素, 可 降 低 细胞内 ^ ^ 



5' - AMPCfe 活性) 
AT1、{S (元活 te) 




化 

蛋白质 06〉 



cAMP, 如生长 素 释放抑 制 激 素 
(GHIH) 和胰岛 素等。 

通过第 二信使 cAMP, 可 将激素 
信 息明显 放大。 cAMP 能对细 胞中许 
多 代谢过 程发生 影响, 不同 细胞对 
cAMP 的反应 不同, 这 主要取 决于各 
细 胞的代 谢类型 不同, 即细胞 中酶系 
的 种类和 活性以 及细胞 中其它 功能蛋 
白的作 用不同 。实验 表明, 凡含 cAMP 

的 细胞都 有一类 能催化 蛋白质 磷酸化 图 12-10 作用于 细胞膜 受体的 激素作 用机理 示意图 
反应 的酶。 cAMP 主要 通过激 活蛋白 激酶, 使细胞 内多种 蛋白质 或酶磷 骏化而 发挥调 节作用 
的 (图 12-10) 

* 受 cAMP 激活的 蛋白激 酶又称 cAMP 依 赖性蛋 白激酶 (A- 激酶 ), 由两 种亚基 组成, 一种是 催化亚 
基, 具有 催化蛋 白质磷 酸化的 作用; 另一种 是调节 亚基, 实际 上是催 化亚基 的抑制 蛋白. 当 调节亚 基和催 
化 亚基结 合时, 酶 呈抑制 状态。 而 cAMP 能和调 节亚基 结合, 使后者 发生变 构而脱 离催化 亚基, 从 而激活 
蛋 白激酶 (图 12-11)。 



777S7777Z/ 





+ 2c AMP 



"""" ^^r\=amp 



图 12-11 cAMP 激活蛋 白敛 酶的 示意图 

环磷 酸鸟苷 (cGMP): 广 泛分布 于许多 组织, 但 其浓度 一般较 cAMP 少数 倍至几 十倍. cGMP 由特异 

的 鸟苷骏 环化酶 (G- 环^ 酶) 催 化三磷 酸鸟苷 而成。 鸟 苷酸环 化酶大 多存在 于细胞 的可溶 部分. 经 该酶作 
困所 形成的 cGMP 可 被细胞 内磷酸 二酯酶 分解成 5'-GMP. 



>5'-GMP 



eTP 鸟苷酸 环化藶 — eGMP —― ,U !— 

Mn" \ I Ca 2+ 或 Mg,+ 

PPi H t O 

实验 表明, cGMP 的 生物效 应常和 cAMP 相反。 例如, cAMP 在 体外可 抑制淋 巴细胞 分裂. 促 进细胞 
分化, 而 cGMP 则促 进细胞 分裂; cAMP 能增 强心肌 收缩, 而 cGMP 则降低 鼠胎心 搏动; cAMP 可 加速糖 
异生而 cGMP 则 抑制裱 异生: cAMP 使 Ca'+ 从线粒 体透入 胞液, 而 cGMP 则使 Ca*+ 从胞液 进入线 粒体, 另 



—方面 cAMP 和 cGMP 在 细胞中 的浓度 常互相 消长, 如异 丙基肾 上腺素 使心肌 收缩加 强时, 心肌中 C AMF 
堦加而 cGMP 减少; 乙 酰胆碱 使心肌 收缩减 弱时, 贝 ijcAMP 减少而 cGMP 增加. 目前 已初步 肯定, cGMP 是 
胆碱 能神经 M 受体的 细胞内 递质, 可能与 S -羟 色胺、 组织 胺和某 些激素 (GHIH) 信息 的传递 有关. cGMF 
可 能也^ 通过蛋 白激酶 而起作 用的. 这种 cGMP 依 赖性蛋 白激酶 (G- 激酶) 和上述 cAMP 依 赖性蛋 白激酶 
(A- 激酶) 有所 不同。 有关 cGMP 作为 某些激 素的第 二信使 还有待 进一步 证实。 

* 2. Ca" 信 使系统 Ca 2+ 参与一 系列重 要生理 过程的 调节。 如加 压素、 TSH、 PTH、 CRF、 TRF 等 
与相 应受体 结合, 都可见 Ca 2+ 浓度 增高, 从 而发挥 生物学 效应。 因此, 人 们曾一 Si 人为 Ca "亦属 第二信 
使. 近年 来研究 表明, Ca" 具 有信使 分子作 用是肯 定的, 但 它的作 用要比 cAMPg 杂 得多, 因 而命名 "Ca'+ 
信使系 统". 

上述 激素、 乙酰 胆碱、 肾上 腺素和 膜上相 应激素 受体或 胆碱能 受体, 肾上 腺素能 a, 受 体结合 后可通 
过 G 蛋白 (Gp) 使膜上 磷脂酶 C 活化, 催 化磷脂 酰肌醇 -4, 5- 双磷酸 (PIP 2 ) 水解成 第二信 使三磷 酸肌醇 
(IPs) 和 1, 2 _ 二酰 基甘油 (DG) (图 1 2 _1 2 : 1_ 3 )。 作 为第二 信使的 IP 3 经浆 细胞入 内质网 (ER), '作用 
于 运输 系统, 促进 Ca" 释放入 胞浆. 

Ca 2+ 与钙 调蛋白 (CaM) 等结 合可活 化蛋白 激酶, 启 动级联 反应, 而产 生生物 学效应 (图 1 2 _12: 
4-5)。 

另 一个第 二信使 DG, 在 膜上可 活化蛋 白激酶 C (须 要磷脂 酰丝氨 和 Ca 2+ 参与 ), 以 催化细 胞内底 
物蛋白 (酶) 的磷 酸化, 如 糖原合 成酶, 肌 球蛋白 轻链激 酶等, 启 动联级 反应, 产生生 物效应 (图 1 2 -1 2 : 
6)。 

从细胞 膜磷脂 酰肌醇 PI 转变成 PIP 2 进而分 解成第 二信使 IP 3 和 DG, 在 体内可 形成磷 脂酰肌 醇循环 

图 12-13). 



CHz-O-CO-R! 
CH ― 0-CO-R 2 
CH2 

? 脂酰' 叽醇 
o=p-o~ 

6 




CHa-O-COR, 
CH 一 0-COR 2 

9^ Phosphatldvilnosttol 

磷脂 輓肌賻 "4、 5- 双璘酸 ( PIP») 

9 一 

p-o - 



o=p-o 



CH2— O-COR1 
CH— 0-CO-R 2 
CH 2 OH 



CMP- 
镇脂酸 



PPi 




OP— 0— 

三确^ 叽醇 o 



CTP 



CK,— O-CO-R, 
CH ― 0-C0-R 2 
CH 2 

O 

0= P- CT 




1,2— 二 酰基甘 油 (D{j; 



ATP 



APP 



磷脂酸 

图 12-13 磷 脂酰肌 醇循环 



— 274 — 



在 细胞内 cAMPfnCa^^yi 系统往 往;^ 互相协 同的. 例如 Ca'+ 通过 CaM 激活磷 ^二^ 者^ 活或抑 
制 肿、 苷酸环 化酶从 而影响 cAMP 系统. 而 Ci^MP 可增加 质胶对 Ca i+ 的 内流. 增加内 质网对 Ca' + 的 攝取, 调 
节隣 脂酰 肌醇的 代谢. 

二、 作用于 细胞内 受体的 激素调 节机理 

在血 液中, 类 固醇激 素或甲 状腺激 素大部 分与血 浆蛋白 结合, 游 离^^ 较少。 当 m 液循 
环通 过靶组 织时, 游 离激素 即大量 被细胞 摄取。 在靶细 胞内存 在着各 种激素 受休, 与相 应'^ 
素 结合, 影 响基因 转录, 调节 蛋白质 (主要 是酶) 的 合成, 而 发挥作 用的。 

• 1. 类 固醇激 素的作 用机理 尽管对 类固醇 激素受 体在细 胞内的 定位有 不同晋 法, 但有一 点是 共同 

的, n〕 类 固醇激 素必须 与相应 受体结 合后才 具有与 DNA 结合的 能力. 目 前认为 类固^ 激素受 体可分 三个功 
能区 ft, 分 子的羧 基端具 有结合 类固醇 激素的 功能; 分子的 中段有 结合核 DNA 的 能力; 分子 的氨基 端除了 
已知 W 皮质 激素受 体为免 疫功能 区外, 其他的 功能尚 未完全 明确。 

^究 表明 活化的 激素受 体复合 物必须 与染色 质上一 段特异 DNA 核 苷酸序 列相互 ^用, 才 能启动 转录过 
程. 靶 1 胞核内 与类固 醇激素 受体相 互作用 的这一 段核酸 顺序称 激素反 应成分 (Hormone Responsive Ele- 
ments, HRE)。 除了 必须在 激素存 在的条 件下, HRE 才 有活性 以外, HRE 的 性质与 增强子 相似. ^激素 
受体复 合物与 DNA 上的 HRE 部位结 合后, HRE 就 具有转 录调控 能力. 目前已 证实, 活化的 糖皮质 激素受 
体、 雌激素 受体、 孕 激素受 体以及 甲状腺 激素受 体都能 与基因 DNA 上的 相当于 HRE 的部位 结合. 例如活 
化的搪 皮质激 素受体 (GCR) 在核内 首先一 个分子 GCR 与 糖皮质 激素反 应成分 (GRE) 中 6 个保 守核苷 
酸序列 (5'-TGTYCT-) 相 结合, 而后第 2 个 GCR 分子与 糖皮质 激素反 应成分 中非保 守核苷 酸序列 结合, 
最 后两个 GCR 分子 间相互 结合, 并 由此促 进转录 (图 12-14). 




bp— H 

图 1 2 _14 糖皮质 激素受 体与糖 皮质激 素反应 成分结 合模式 
H: 糖皮 质激素 



炎 症为最 常见的 基本病 理过程 之一, 是 许多疾 病的主 要组成 部分. 炎症 反应过 程包括 血管、 细胞, 间 
质 和神经 体液等 一系列 变化。 机 体通过 炎症反 应以抵 抗有害 物质的 入侵. 但如果 炎症反 应过强 过久, 就会 
给机 体带来 危害. 糖皮 质激素 是一类 强有力 的抗炎 药物, 它能降 低毛细 血管通 透性: 抑制炎 症性白 细胞的 
侵入和 渗出; 减 轻炎症 性疼痛 反应及 抑制肉 芽组织 增生. 因此, 多年来 一直被 广泛应 用于临 床治疗 各种严 
重 感染性 疾病、 急慢性 炎症以 及重症 休克. 过 去一直 认为糖 戊质 溢素的 抗炎作 用能直 接稳定 细胞的 溶嗨体 
膜. 以减 少炎症 反应中 溶酶体 酶类的 释出. 现在认 为花生 四烯酸 的代谢 衍生物 前列腺 素及白 三烯为 强有力 
的炎症 介质. 它们分 别为花 生四烯 酸环加 氧酶及 脂加氧 酶所催 化的衍 生物, 其 代谢过 程的限 速步骤 是磷脂 
晦 A ^催化 而释出 花生四 烯酸的 反应, 



— 275 — 



糖皮质 ^素抗 炎作用 是通过 GCR 所介导 的一系 列生化 反应而 发挥作 用的. 具 休过程 如下: 糖皮 质激素 
进 入靶细 胞后, 与 GCR 结合形 成活化 GCR. 然后 与核内 染色质 DNA 结合, 诱 导合成 mKNA. mRNA 出 
核 后在胞 浆核糖 体中詡 译出调 脂蛋白 (Lipccortins). 
调脂 蛋白可 抑制限 速酶- 磷脂酶 A, 活: 性, 减少 花 生 
四 烯较的 合成, 从 而降低 前列腺 素及白 三烯类 的生成 
量 (图 12-15). 

糖皮 质激素 除了有 强大的 抗炎作 用外, 还 有明显 
的免 疫抑制 作用。 因此广 泛应用 于变态 反应性 疾病, 
自身 免疫性 疾病, 胶 原性疾 病等. 研究 表明, 糖 皮质激 
素抑 制免疫 反应也 是通过 GCR 介 导的. 具体 途径如 
下: 活化的 GCR 受体与 淋巴细 胞核内 DNA 上 核酸内 
切酶基 因的调 节成分 结合, 促 进转录 成核酸 内切酶 
mRNA, 该 mRNA 出 核后, 在 胞浆中 翻译成 核酸内 

切酶, 再次 进入细 胞核, 这些核 酸酶能 降解淋 巴细胞 
中 染色体 DNA, 造成 DNA 裂解 从而导 致淋巴 细胞死 

亡. 




图 12-15 



2. 主要甲 状腺激 素的作 用机理 甲状腺 
激素 的受体 位于细 胞核染 色质, 它 是由" 核心" 
受体 (酸性 蛋白) 和 组蛋白 组成。 其中 3 , 5, 3' -三 
碘甲腺 原氨酸 (T 3 ) 对核 受体的 亲和力 最强, 
故其生 理效应 显著。 甲 状腺素 (T 4 ) 及其 代谢物 3, 三 碘甲腺 原氨酸 (反 T 3 ) 等也能 

与受体 结合, 但 亲和力 很低, 生理效 



溏皮 质礅素 影响细 胞内花 生四烯 

酸代 谢的作 用机制 

S: 糖皮 5§ 教素, R: GCR 
糖皮 质激素 -GCR 复合物 



SR 



、 



n^(^5Vr "-- - RNA 
、 ^合薛 



HnRNA 



nRNA 



§ 白质 



应 较弱。 组蛋白 参与受 体的核 定位, 

并对 维持受 体以高 亲和力 与 T 3 结合 
是必 需的。 甲状 腺激素 与受体 结合形 
成 复合物 可改变 染色质 构象, 从而影 
响 转录。 这可能 是甲状 腺激素 控制生 
长 激素和 球蛋白 mRNA 的作用 
机理。 甲 状腺激 素对能 量代谢 的影响 
也与增 加线粒 体蛋白 质合成 有关。 甲 
状 腺激素 可增强 胰高血 糖素和 儿茶酚 
胺 作用的 机理可 能与其 抑制磷 酸二酯 
\'] i2-ia 卬状^ 激 素的作 用机理 模式图 酶, 导致 cAMP 增加 有关。 甲 状腺激 

素 的作用 机理模 式见图 12-16。 

• 值 得注意 的是甲 状腺激 素和类 固醇激 素的分 子结构 和生物 合成没 有相似 之处, 但它们 受体之 间的分 
子 结构和 作用机 理方面 却有许 多共同 之处. 两类 受体分 子的氨 基酸顺 序有明 显的相 似性. 在 分子的 DNA 结 
合功能 区上, 其相 似性为 41~53%. 激素 结合区 均靠近 受体分 子的羧 基端. 当 甲状腺 激素与 受体结 合形成 
复合 物后, 可进一 步与核 染色质 DNA 上 相当于 HRE 的部分 结合, 通过调 节基因 的表达 过程, 诱 导特异 
mRNA 的转 录而产 生生理 效应, 




一 276 — 



第四节 神经 —— 体 液调节 



中枢神 经系统 调节机 体全身 的代谢 过程, 它一 方面通 过神经 活动直 接影响 体内各 器官和 
内脏的 功能, 另一方 面又通 过神经 -体液 途径, 即间 接通过 下丘脑 -垂体 系统的 各种激 素对代 
谢过程 产生^ 响。 植物神 经系统 和这两 方面的 调节功 能都有 联系, 尤其 和神经 -体液 调节的 
关 系更为 密切。 植 物神经 的中枢 部分, 如大脑 皮层、 下 丘脑、 脑 干等都 和机体 内环境 平衡的 
调节 有关。 尤 其是下 丘脑, 几 乎和机 体内各 种代谢 活动有 一定的 联系。 如下丘 脑前区 的视上 
核可能 与调节 水代谢 和电解 质代谢 有关; 室 旁核可 能主要 调节糖 代谢; 乳头体 附近各 核可能 
调 节脂代 谢^。 下丘脑 还能 分泌多 种肽类 激素, 因为是 由神经 细胞分 泌的, 故 称神经 激素。 

现已 确定, 至 少可分 泌九种 下丘脑 激素: (D 促肾上 腺皮质 激素释 放激素 (CRH); (2) 生长 
素 释放抑 制激素 (GHIH); (3) 生 长素释 放激素 (GHRH); ④ 促 甲状腺 激素释 放激素 
(TRH); 、⑤ 促性腺 激素释 放激素 (GnRH) © 催乳 激素释 放激素 (PRH); ⑦ 催 乳激素 
释放抑 制激素 (PIH); ⑧ 促黑 激素释 放激素 (MRH); (9) 促 黑激素 释放抑 制激素 (MIH)。 

下丘脑 激素的 分泌, 受中枢 神经细 胞释放 的神经 递质的 调节。 这是 中枢神 经系统 控制内 
分 泌腺的 一个重 要组成 部分。 现已 证明, 儿 茶酚胺 (去甲 肾上腺 素或多 巴胺) 一般对 下丘脑 
激素的 释放有 明显的 影响, 其中 NA 能促进 GnRH、 TRH、 和 GHRH 的 释放, 抑制 CRH 
分泌; DA 可促进 GHRH 和 PIH 的 分泌。 5- 羟色胺 则抑制 GnRH 和 TRH 的 释放, 而促进 
GHRH 和 PRH 的 释放。 

在 正常情 况下, 各 种内分 泌腺活 动能保 持协调 和相对 平衡。 
下 丘脑- 腺垂体 -靶内 分泌细 胞轴起 着重要 作用。 下 丘脑通 过下丘 
脑激 素调节 腺垂体 活动, 后 者通过 促激素 (如 ACTH、 TSH、 
LH 和 FSH 等), 再进一 步调节 靶内分 泌腺。 与此 同时, 靶内分 
泌 腺分泌 的激素 对下丘 脑和腺 垂体产 生反馈 (乍 用。 如加强 作用, 
称正 反馈; 减弱 作用, 称负 反馈。 如 反馈作 用只达 上一级 "内分 
泌" 细胞, 称短 反馈; 如达更 高一级 "内 分泌" 细胞, 称长 反馈。 
如反 馈作用 只限于 本身, 则称超 短反馈 (图 12-17)。 

近年 来发现 中枢神 经系统 的边缘 结构一 海马有 丰富的 糖皮质 图 12 - 17 下丘脑 -腺垂 
激素 受体, 对下丘 脑-垂 体-肾 上腺轴 起抑制 性调节 作用。 体- 靶内分 泌腺轴 

各 内分泌 腺间, 除有 纵向的 相互制 约外, 还 有横向 的相互 联系。 例如, 肾 上腺素 可抑制 
胰岛素 分泌; 高血 糖素和 生长素 可促进 胰岛素 分泌; 甲 状腺激 素又与 生长素 合成有 关等。 

由于下 丘脑分 泌细胞 直接受 中枢神 经系统 调节, 这就 使神经 系统和 内分泌 系统形 成一个 
整体, 从而调 节机体 的正常 活动。 




c+) \ 长&镇 



第五节 神经内 分泌免 疫网络 的概念 



自从 I 977 年 Besedovsky 提 出免疫 -神经 -内分 泌网络 的假说 以来, 神经 内分泌 系统与 免疫系 统相互 影响, 
相互 作用的 研究日 益受到 重视, 进展 迅速. 大量研 究表明 神经内 分泌系 统具有 调节机 体免疫 反应的 作用, 
而 机体的 免疫系 统及免 疫反应 过程又 不同程 度影响 着神经 内分泌 系统的 功能, 彼此之 间相互 交又, 互为因 



— 277 — 



果, 构成 了一个 完整的 神经内 分泌免 疫网络 系统. 

近 年来有 关神经 内分泌 免疫网 络的研 究成果 集中表 现在- 

① 发现 免疫器 官上有 较丰富 的神经 分布, 以及在 免疫活 性细胞 上有多 种神经 递质、 神 经肽及 激素受 
体, 为" 网络" 学 说提供 了物质 基础; 

② 中枢神 经系统 有可能 通过植 物神经 和下丘 脑-垂 体-靶 腺两条 途径调 节免疫 功能; 

③ 垂体细 胞表面 具有和 T 细胞 表面 相同的 IL- 2 受体, 并 能接受 IL-2 的 正调节 作用, 

® 外周淋 巴细胞 在一定 刺激条 件下, 能通 过分泌 IL-i、 IL-2 等淋巴 因子, 内啡肽 等神经 肽以及 
ACTH, TSH 等 促激素 和生长 激素, 绒毛 膜促性 腺激素 (HCG), 催乳激 素等, 统称" 免疫递 质", 将 免疫信 
息传递 给神经 内分泌 系统。 现 已证明 这些由 免疫系 统分泌 的激素 其结构 与功能 和神经 内分泌 细胞所 产生者 
完全 相同, 为表 示两者 来源之 区别, 将前者 称为免 疫反应 性激素 (Immuiioreactive Hormone), 它 们是神 
经内分 泌系统 与免疫 系统之 间双向 作用的 枢纽. 胸 腺淋 巴 细胞与 巨噬细 胞等可 直接分 泌神经 内分泌 肽类激 
素, 这 是一个 惊人的 发现. 

综上 所述, 神经 内分泌 系统和 免疫系 统间的 相互作 用是双 向的。 它们拥 有一套 共同的 激素, 淋巴 因子、 
单核 因子, 并以 这些分 子作为 信号, 使两个 系统内 或系统 之间得 以相互 交通和 调节。 此外, 两个系 统还淫 
有相同 结构的 受体, 可 以和上 述配基 结合, 而相互 联系。 ' 、、 



'第 六节 中 药对内 分泌系 统的调 节作用 

近 年来, 通 过中医 基础涅 论研究 及临床 实践, 观 察到中 医辨证 为脏腑 功能紊 乱及阴 阳失调 患者, 其内 
分泌功 能常有 改变。 应 用中药 调整脏 腑功能 及阴阳 平衡, 随着" 证" 的 改善, 机体神 经-体 液调节 或激素 代谢有 
不 同程度 纠正。 

一、 中药 对下丘 脑-垂 体-肾 上腺皮 质轴的 影响' 

通 过肾阳 虚证的 研究, 观察 到不同 疾病的 肾阳虚 患者尿 17- 羟皮质 类固醇 (17-0HCS) 排量低 于正常 
(表 12-3)。 为了 探索尿 17-OHCS 排量 低下的 原因, 比 较了正 常人和 肾阳虚 患者的 ACTH 2 天静脉 滴注试 
验, 结果 30 例正常 人在滴 注后的 2 天内尿 17-OHCS 排量 均升高 10m g 以上, 而 31 例 肾阳虚 患者有 17 例 在第一 
天反应 低下。 第二天 始达正 常高峰 (表 12-4)。 这 种延迟 反应, 提示尿 17- OHCS 排量 降低是 继发于 垂体功 
能 低下。 进一 步测定 能部分 反应下 丘脑功 能的血 11- 羟昼 夜节律 变化。 结果在 24 例肾 阳虚患 者中, 有 14 例是 M 

型异 常表现 (正 常应为 V 型, U 型或 w 型)。 实验 提示: 肾阳 虚患者 在下丘 脑-垂 体-肾 上腺皮 质系统 的不同 

水 平都存 在功能 障碍。 上述患 者经温 补肾阳 法治疗 (用山 萸肉、 巴 戟天、 仙 灵脾、 补 骨脂、 附子、 肉桂、 生 
地等药 物), 随 着肾阳 虚证的 改善, 下 丘脑- 垂体- 肾上腺 皮质功 能在一 定程度 上趋向 正常, 

此外, 痰饮丸 (附 子理 中汤合 三子养 心汤) 对 慢支脾 肾阳虚 患者降 低的尿 17-OHCS 排 量也有 明显的 
升高 作用, 从 动物实 验观察 到方中 肉桂、 甘草、 ^ 术、 干姜的 醚提取 液口服 能使幼 鼠胸腺 萎缩, 肾 上腺维 



表 12-3 肾阳 虛患者 在补肾 药物治 疗前后 24 小时尿 17 - OHCS 排量 的比较 







尿 17-OHCS 


(mg/24 小时) 


肾 虚类型 及例数 


治 疗前后 


平均值 


范 田 




治疗前 


3. 24 士 0.46 


0~6.56 


阳虚 15 例 


治疗后 第一周 


7,64 士 0,82 


2.95〜18.3 




治疗后 第二周 


10.30±0.8 


5,04〜15,7 



— 2 71 — 



^素 c 含量 下降, 也说 明具有 提高垂 体-肾 上腺皮 质系统 功能的 作用. 人 参果皂 甙则有 提髙血 浆皮质 醇的作 

用. 

对 多种疾 病的阴 虚火旺 患者尿 17-0HCS 的 测定, 观察 到具有 阴虚肝 火旺的 患者, 尿 17-0HCS 排; S 增 
髙可能 与下丘 脑-垂 体-肾 上腺皮 质功能 亢进. 或肝灭 活功能 增强, 使糖皮 质激素 负反馈 作用减 弱而 引 起 
ACTH 分泌 增加, 促进 肾上腺 皮质激 素分泌 有关. 从甲 亢患者 所观察 到的实 验资料 可归因 于后一 原因. 患 
者经 滋阴泻 火方药 治疗, 随 着阴虚 肝火旺 症候的 改善, 尿 17-0HCS 排 fi 也相 应趋向 正常. 龙 胆草在 泻肝火 
降低尿 17-0HCS 排 量方面 具明显 效果. 



表 12-4 正常人 和肾阳 虛患者 (包 括治疗 前后) ACTH 试 验比较 



齟 » 


例 数 


尿 17- OHCS (mg/24 小时) 


基 数均值 


ACTH 试验 


第一曰 


第二曰 


正常人 


30 


7. 17 


24. 10 


O 

CM 


阳虚 (反 应正 常组) 


14 


2. 11 


22.89 


25.02 


阳虚 (反 应延 迟组) 


治 前 


17 


2.97 


6. 18 


17.05 


治 后 


15 


3. 79 


17.72 


23. 52 



实 验表明 生地、 知母、 甘草 可延缓 动物肝 细胞对 皮质醇 的分解 代谢。 因此 在研究 中药对 内分泌 功能钓 
调节作 用时, 既要考 虑神经 -体液 调节, 又要注 意激素 代谢的 变化。 

临 床在应 用大剂 量糖皮 质激素 进行治 疗时, 常 出现对 自身下 丘脑- 垂 体-肾 上腺皮 质轴的 抑制和 对组织 
器 官的损 害等副 作用. 而中 药可对 抗糖皮 质激素 的某些 副作用 而不影 响治疗 效果. 研究 表明: 应用 糖皮质 
激素, 早 期可引 起阴虚 内热, 后 期则导 致阴阳 两虚而 以阳虚 为主。 为了保 护下丘 脑-垂 体-肾 上腺皮 质轴的 
功能, 临宋短 程应用 大剂量 糖皮质 激素, 可 配以知 母等滋 补肾阴 中药; 对长期 应用激 素者或 激素减 量时, 则 
宜配 以温补 肾阳的 中药. 动 物实验 表明, 助 阳药、 补中益 气丸、 当归补 血汤和 人参等 对氢化 可的松 所致的 
肝损伤 有一定 的保护 作用. 

二、 中药 对甲状 腺激素 的影响 

分别用 益气养 阴泻火 药及温 补肾阳 药治疗 甲状腺 功能亢 进症及 甲状腺 功能减 退症, 可 明 显改善 临床症 
状与 体征. 临 床研究 表明, 以益 气养阴 法治疗 甲亢, 重用 黄芪很 重要。 以大 剂量黄 芪配以 首乌、 生地、 白 

芍、 夏枯草 和制香 附治疗 甲亢, 在改善 症状的 同时, 可使 甲亢患 者血清 T 3 、 1\含 量明显 下降。 动物 实验证 
明, 上述 复方能 对抗过 量甲状 腺激素 引起的 能量代 谢亢进 和血浆 cAMP 的 升高。 文献 报道. 滋阴泻 火药知 
母 提取物 菝葜皂 甙元, 能对抗 过量甲 状腺激 素引起 的肝、 肾、 肠粘膜 Na+, K+-ATP 酶 活性的 升高, 可见 
益气、 养阴. 泻火 中药治 疗甲亢 不仅能 改善甲 亢患者 的症侯 且对甲 状腺激 素的外 周作用 有一定 影响, 并可 
能 通过调 整免疫 功能, 纠正 亢进的 甲状腺 功能. ' 

有人研 究了非 甲状腺 疾病情 况下血 清甲状 腺激素 与辨证 分型的 关系. 发现 阳虚、 气虚、 阴虚、 气阴两 
虚患 者血清 T,、 游离 T,(FT,) 皆低于 正常, 反 1>1\则 高于 正常, T,/rT^I: 值低于 正常; TV 多 在正常 范围, 
而 FT, 则高于 正常. 上述变 化和虚 证的严 重程度 有关. 推测 这类病 人甲状 腺功能 低下, 属于 继发性 改变, 可 
能是机 体的一 种保护 性适应 机制, 有利 于节约 能量, 减少 消耗. 



— 279 --» 



三、 中 药对下 丘脑- 垂体- 性腺轴 的影响 

中医 认为肾 藏精, 主 生长、 发育、 生 殖等。 因此性 腺功. 能 异常, 大多属 肾虚范 1^, 对冠 心病、 高 血压、 

糖尿 病等疾 病男性 肾虚患 者作血 清睾酮 (T) 和 雌二醇 (E 2 ) 测定, 发现 T 变化 不大. 而 E 2 /T 值明 显升^ 
(表 12-5). 提示肾 虛与性 激素内 环境改 变密切 相关, 患 者性激 素平衡 失调。 经益 气补^ 法治 疗后, 随着临 



表 12-5 肾 虚高血 压病患 者血浆 和 T 的测定 (x±SE) 



组 




别 


M 数 


iG'aCpj/ml) 


T(ng/d!) 


E,/T(x 


0" 


正 


常 


组 


30 


42.23±5.82 


588±25. 13 


7.6 士 1 





伴 




虚 


58 


6P.4±3.55* 


577. 9 + 23. 03 


13.8±1. 


13* 


无 




虚 




58. 16±5.2 


669. 17±78.64 


11.23±1. 


i4 ## 



与 正常人 比较: * F<0.001, # * P<0.05 



床症侯 改善, 上 述指标 可恢复 至正常 水平. 

-文献 报导, "补肾 益寿片 "能提 高老年 男性血 清睾酮 水平, 改善 LRH 兴奋试 验反应 类型. 并能延 缓实验 
动物 下丘脑 DHT 受体 老年性 改变的 发生。 四 君子汤 则有降 低血清 £ 2 的 作用。 

用补肾 化痰法 (熟 地、 山药、 补 肾脂、 仙 灵脾、 黄精、 桃仁、 皂 角剠, 冰球 子等) 治 疗下丘 脑-垂 体功能 
失调性 闭经, 取得 满意的 疗效. 提示补 肾药物 可能作 用于下 丘脑, 其作用 机理不 同于雌 激素. 从补肾 药物促 
进排卵 的作用 与血清 LH/FSH 及 lgT/lgE 2 比值 的下降 相关, 也表明 可能通 过调节 下丘脑 -垂体 -性腺 功能而 

起 作用. 

四、 中药 对交感 -肾上 腺髓 质系统 的影响 

实验 表明, 中医 热证患 者植物 神经平 衡指数 增高, 尿中儿 茶酚胺 (CA) 排量 增多, 提示交 感-肾 上腺 
齄质功 能活动 增加; 寒证患 者植物 神经平 衡指数 低于正 常值, 尿 CA 排量也 减少, 说明 其交感 -肾上 腺髓质 
的功 能活动 低下. 根 据寒则 热之, 热则 寒之的 治则, 热证 用性属 寒凉的 方药, 寒 证用温 热方药 治疗, 尿 CA 
排量 均发生 相应的 改变, 这种 变化可 出现在 临床症 候好转 之前。 也有报 导中医 辨证属 阴虚心 火旺的 病人, 尿 
中 CA (主要 是肾上 腺素) 排量 增高, 经 滋阴泻 心火药 黄连治 疗后, 随 着心火 旺症侯 改善, 尿 CA 排量 趋向止 
常. 

. 进一 步研 究肾阳 虚心火 旺证, 发现 患者尿 n-OHCS 排量降 低而尿 CA 排 量升髙 (表 12-6). 



表 12 - 6 30 例 肾阳虛 心火旺 (心肾 不交) 患者尿 n-OHCS 及 CA 排 量变化 



辨 证分型 


尿 17-OHCS (r 
(X 士 S. 


ng/24 小时) 
D) 


尿 CA(/ug/24 小时) 

(X 士 S.D) 


正常组 


6.7±1 


95 (42) 


53. 3 士 10. 97(30) 


肾 阳虚心 火旺组 


3 66±1. 


19* 


105. 5 ±20. 02* 



• 与正常 组比较 P<0.001, 括号内 为例数 



经用交 泰丸以 肉桂温 ^阳, 黄连泻 心火, 随着^ 阳 虚心火 旺证的 改善, 上述 指标也 相继趋 向正常 (表 

12-7). 

从而 推测中 医心肾 不交; S 之 肾阳 虚心 火旺证 的现代 生病机 理可能 与下丘 脑 -垂体 上腺 皮质功 

能的低 下及下 丘脑- 交感- 肾上腺 髓质活 动增强 有关, 而交 泰丸有 调整上 述病理 现象的 功效. 



— 280 一 



表 12- 7 13 倒肾 虚心 火旺患 者用交 泰丸治 疗后尿 n-OHCS 及 CA 排 量变化 



測 定项目 


治疗前 


治疗后 


尿 17-OHCS (mg/24 小时) 


3.8±0.97 


7. 25 ±2. 82* 


尿 CA (/ig/24 小时) 


101. U 士 27.43 


68.68±14.66 # 



• 表示 与洽疔 前比较 P<0.01 



根据儿 茶鼢胺 类激素 可通过 a 及 p 肾上 腺素能 受体, 分别以 cGMP 和 cAMP 为第二 信使而 发挥作 用的机 
理, 有人 观察了 生地、 龟板对 甲亢动 物肾脏 P 受体 数目的 影响, 结果 表明, 生地、 龟板 有降低 甲亢动 物升髙 
的肾脏 P 受体 数目的 作用, 也有 人观察 了以益 气养阴 泻火药 黄芪、 生地、 鳖甲、 夏 枯草、 黄连等 组成的 *甲 
亢复方 "对 实验性 甲亢小 鼠血裝 cAMP 含量的 影响, 结果 发现上 述中药 能纠正 甲亢小 鼠血浆 cAMP 含 量的升 
离. 



— 281 一 



第 十三章 水盐代 谢和酸 碱平銜 

水是人 体内含 量最多 的组成 成分。 体 内溶有 多种无 机盐和 有机物 (如 糖、 蛋白质 等)' 的 
水 溶液, 称为 体液。 在体 液中一 些无 机盐和 有机物 (如蛋 白质) 以离 子状态 存在, 故 又称为 
电 解质。 人 体内的 代谢变 化是在 体液环 境中进 行的。 为了 保持细 胞内代 谢的正 常进行 及组织 
细胞 各种生 理功能 的正常 发挥, 必 须维持 内环境 的相对 稳定。 因此, 要求 体液的 含量、 分布 

和组成 三个方 面都保 持相对 稳定, 同时 还需要 体液的 pH 和渗 透压保 持相对 恒定。 在 临床实 
践中, 可见 到由于 体液的 含量、 分布 和组成 的失常 及酸碱 平衡的 紊乱, 影 响全身 各系统 器官, 
特别是 循环 系统、 肾 和脑的 功能, 严重者 可危及 生命。 因此, 掌 握水、 电解质 和酸碱 平衡的 
一 些基本 知识, 对于一 个中药 学工作 者也是 完全必 要的。 

第一节 体 液的含 量分布 和交流 

一、 体液 的分布 

体 液存在 于全身 各处, 分布在 细胞内 的液体 为细胞 内液, 细 胞内液 是细胞 代谢活 动的介 
质, 其容量 与性质 直接影 响细胞 的生理 机能; 分布在 细胞外 的液体 为细胞 外液, 细胞 外液是 
细胞生 活的内 环境, 是细胞 与外界 环境进 行物质 交换的 媒介。 细 胞外液 可分为 血浆和 组织间 
浓, 血 浆的成 分和性 质能反 映全身 体液的 情况。 细胞外 液还包 括淋巴 液和脑 脊液。 

全身体 液总量 在正常 成人占 体重的 60%, 其中 % 在细 胞内, 因 此细胞 内液占 体重的 40%, 
其 量相当 恒定, 血浆占 体重的 5%, 组织间 液量占 体重的 15%, 其量 也比较 恒定, 随 生理和 
病理 情况而 增减。 

体液 容量随 年龄、 性别、 胖瘦等 不同情 况而有 差异。 新生 儿体液 量可达 体重的 80%, 婴 
儿体 液量为 体重的 7 0〜 75 % ; 由 于脂肪 疏水, 肥胖 者的体 液量比 一般人 为少, 女性脂 肪较多 
体液量 比男性 为少。 这些 不同生 理情况 下体液 总量的 差异主 要表现 为组织 间液量 的差异 • 

二、 体 液中的 电解质 

体液 中的溶 质分为 电解质 和非电 解质两 大类, 非电解 质如葡 萄糖、 尿 素等, 电 解质为 
Na\ K+、 Cl_、 Ca 2+ 、M S 2+ 、 HC〇7、 HP0 4 2 -、 有机 酸根、 蛋白 质等。 这些离 子在细 胞内液 
和 细胞外 液中的 分布上 有很大 差异, 而 在组织 间液和 血浆之 间的差 异较小 (表 13-1)。 

由图 13-1 和表 13-1 中 可见, 各部分 体液中 电解质 的含量 有下列 特点: 

① 每 种体液 中的离 子浓度 (以 mEq/L 计), 阳离 子总量 和阴离 子总量 相等, 因 而各部 
分体液 都呈电 中性。 

② 细胞内 液中, K+ 约占 阳离子 总量的 77%, 细胞 外液中 Na + 约占 阳离子 总量的 92%, 因 
此 K+ 和 Na+ 在细胞 内外的 分布差 异十分 突出。 细胞内 液的主 要阴离 子为蛋 白质和 HP0 4 l _, 
细& 外液的 主要阴 离子为 C1— 和 HC0 3 _。 

一 282 一 



表 13-1 



各种 体液中 的电解 质含量 





血 浆 


细 胞间液 


细胞内 液 


A A IX- 

^ m m 


(毫 当量 /L 血浆) 


(毫当 fl/L 水) 


(毫当 fi/L 水〉 


阳离子 








Na + 


142 


147.0 


15 


K + 


5 


4.0 


150 




5 


2.5 


2 


Mg J + 


2 


2.0 


27 


阳离 子总量 


154 


155.5 


194 


阴离子 








CI- 


103 


114 


1 


HCO 3 - 


27 


30 


10 


HPO]- 


2 


2.0 


100 


SOy 


1 


1.0 


20 


有机酸 


5 


7.5 




蛋白质 


16 


1.0 


63 


阴离 子总量 


154 


155.5 


194 



«克^1/ 升水 

SOOp 



1£0 



160 



H-HOQj- 



非电解 质- 



' } i h-eoo, 



SCO; 



非电解 JS 
, 赠 _\一 . . 



.H.HCO c 



HOO; 



HPO« 




细胞间 « »0跑内《 

1 细胞 内外液 的电解 质浓度 




HCO: 



cr 



so; 



蛋白质 



(有机 &) 



(S) 同^ 于细 胞外液 的血浆 和组织 间液, 其阳 离子组 成与^ 量 都非常 接近, 但阴 离子冇 些 

差别, 主要 是因为 血浆蛋 白质比 组织间 液为多 所致, 血浆 蛋白质 6.5〜8 S /dl, 组织 间液只 
0.05〜0.35g/dl。 血浆 蛋白质 含量高 对于维 持血容 量以及 血浆与 组织间 液之间 的水分 和其它 
物 质的交 换上具 有重要 作用。 

® 各部 分体液 的渗透 压基本 一致, 其渗透 浓度为 280〜320mOsm/L (毫 渗量 / 升)。 由 
蛋白 质所引 起的渗 透压为 胶体渗 透压, 蛋 白质分 子大、 分子 数相对 为少, 故产 生的胶 体渗透 
压比 晶体渗 透压小 得多, 但 细胞内 液蛋白 质含量 比细胞 外液高 得多, 为 达到细 胞内外 的渗透 
压 平衡, 因 而细胞 内液中 总的电 解质含 量比细 胞外液 为多。 晶体 渗透压 是由无 机离子 和葡萄 
糖、 尿 素等非 电解质 引起, 非电解 质浓度 很小, 故 晶体渗 透压主 要由无 机离子 引起。 因此, 
Na+、 K+、 Cl_ 等是影 响体液 渗透压 的重要 离子。 

三、 体液 的交流 

细胞 内液、 组织 间液和 血浆这 三部分 体液并 非静止 不动, 它们 之间不 停地在 进行着 交流, 
正是 由于存 在这种 交流, 才有吸 收营养 物质、 转移 代谢中 间物、 排出废 物等, 因此各 部分体 
液之间 的交流 作用对 于维持 机体的 生命活 动也是 至关重 要的。 三 部分体 液之间 的交流 是以组 
织 间液为 媒介。 , 

1. 血浆与 组织间 液之间 的交流 血浆 与组织 间液之 间以毛 细血管 相隔。 毛 细血管 的动脉 
端和静 脉端之 间的管 壁只有 一层内 皮细胞 , 所以 壁薄, 为 多孔半 透膜, 除蛋白 质分子 不易透 
过外, 水和 许多小 分子物 质易于 透过。 由 于毛细 血管血 压两端 不同, 动脉端 30mmHg, 静脉 
端约为 12mmHg, 故在 毛细血 管动^ 端血 浆中的 水和小 分子物 质透出 到组织 间液; 在 毛细血 
管 静脉端 从组织 间液中 回收水 分和小 分子物 质进入 血浆, 还有少 量组织 间液经 淋巴管 而进入 
静脉 (图 13- 2 )。 正常情 况下, 单位 时间内 血浆和 组织间 ★ 之间 的滤出 和回收 量基本 相等, 每 

毛 细血管 



«»» 血液 



动脉垸 










细胞 




港透压 




參水一 








港透压 









图 13-2 体内各 部分体 液之间 的交流 

— 284 — 



分 钟全身 毛细血 管总交 流量达 2 升 之多。 

若静 脉端血 压升髙 (如心 力衰竭 时), 组 织间液 回收减 少, 易导 致组织 水肿。 血浆 蛋白胶 
体 渗透压 是血浆 回收组 织间液 的重要 因素, 若血 浆蛋白 (尤以 血浆清 蛋白) 浓度 下降, 液体 
在组织 间液潴 留而致 水肿, 称为 低蛋白 水肿。 

2. 细胞 内液与 组织间 液之间 的交流 细胞膜 使细胞 内外液 相隔。 细 胞膜是 一种半 透膜, 
蛋白 质不能 透过, 水分子 可自由 透过, 水的 净流向 取决于 膜两侧 渗透压 大小, 水总是 流向渗 
透压 较高的 一侧。 细胞 膜两侧 渗透压 (包括 胶体渗 透压和 晶体渗 透压) 相 等时, 水进 出细胞 
量保持 平衡; 若组 织间液 渗透压 升高, 可致细 胞内水 分渗出 较多, 导 致细胞 内脱水 而细胞 
皱缩; 若组 织间液 渗透压 下降, 水分 子进入 细胞 较多, 导 致细胞 肿胀。 

细胞膜 又是一 ^持殊 的膜, Na+、 K+ 等无机 离子透 过时有 特殊的 规律。 Na+、 K+ 在细 
胞 膜两侧 的浓度 不同, 细胞 内液高 K+、 低 Na+, 细胞 外液高 Na+、 低 K+ 。除 按一般 规律, 
它们 从高浓 度处向 低浓度 处扩散 (被动 转运) 外, 还有 逆浓度 差方向 的转运 (主动 转运) ,这 
是 由于细 胞膜上 有特殊 的转运 蛋白质 —— Na + ,K+-ATP SI 催化 ATP 分解供 能驱动 细胞内 
的 Na+ 泵出细 胞和细 胞外的 K+ 泵入细 胞内, 因此将 之称为 "钠 钾泵" 或简称 "钠 泵"。 在一般 
生理条 件下, 每催 化一个 ATP 分解, 可致 3 个 Na+ 出 细胞和 2 个 K+ 入 细胞。 细胞 代谢中 
所 获得的 能量约 20〜30% 是 用在钠 泵的运 转上, 从而 保持着 K+ 和 Na+ 在细 胞内外 的不均 
勾分布 状态。 例 如肌肉 细胞内 K+ 浓度 是细胞 外液的 30 倍, 细 胞外液 Na+ 浓 度是细 胞内液 
的 12 倍。 神经肌 肉等可 兴奋组 织的生 物电活 动就是 建立在 这种离 子不均 匀分布 的基础 上的, 
说明 K+、 Na + 在细胞 内外不 均匀分 布是生 命活动 的必要 条件。 

至于 2 、 C0 2 、 葡 萄糖、 氨 基酸、 尿素等 一般都 随浓度 梯度而 透过细 胞膜, 从而 使细胞 
不断 与组织 间液进 行物质 交换, 保证细 胞不断 从组织 间液吸 取营养 物质, 排泄 细胞自 身代谢 
的 产物。 

笫二节 水 的 代 谢 

一、 水的生 理作用 

1. 参与组 织结构 水是细 胞组织 的组成 成分。 一部 分水是 可以流 动的自 由水, 一 部分水 
是结 合于蛋 白质、 糖 类的结 合水。 心 脏和肌 肉细胞 中结合 水多, 这对于 维持其 形态、 硬度、 
弹 性等都 起重要 作用。 例 如心脏 含水约 79%, 血液 含水约 83%, 两者含 水量相 差不大 ,但心 
脏中 的水主 要是结 合水, 因而 心脏能 进行强 有力地 收缩、 推 动血液 循环, 而血 液中的 水主要 
是自 由水, 血液以 流体形 式流经 全身。 

2. 稳 定体温 水的比 热大、 流动 性大, 加上 体内含 量大, 因 而稳定 着体温 使之不 易发生 
波动。 水 的比热 (lcal/g) 大于 其它溶 剂和其 它固体 物质, 即使体 内产热 较多, 也因 能被水 
吸收, 体 温不会 大幅度 上升。 水的 蒸发热 (575cal/g) 大, 当体内 产热较 多时, 通过 少量水 
蒸发 (出汗 ) 就 可散发 较多的 热量。 水 的流动 性大, 可经各 部分体 液交流 和血液 循环, 将吸 
收 的热量 分布于 全身和 体表。 上述 这些因 素再加 上体内 水占休 筻的比 例大, 因 而能稳 定体温 
使之不 易发生 波动。 

3. 溶 剂与运 输作用 水是良 好溶剂 ,机体 所需的 营养物 质和^ 谢产 物一般 都能溶 于水, 



一 285 — 



郎^ 难溶 和不溶 物质也 可与亲 水物质 (如 蛋白质 ) 等相 f:;;>G 分散在 水中, 随 it 水的 流动而 
转 运于各 种组织 之间。 

4. 促进 体内化 学反应 代谢 物在水 中分散 存在, 有利 于化学 反应的 进行。 水的电 离常数 
高, 促进电 解质的 电离作 用而加 速反应 过程, 水分子 还直接 参与水 解反应 和氧化 还原反 应等。 

5. 滑 润作用 水是良 好的润 滑剂, 在 有摩擦 活动的 器官, 这 种滑润 作用显 得十分 重要, 
例如, 唾 液有助 吞咽, 眼 泪有助 于眼球 活动, 胸膜 腔液、 腹膜 腔液、 心包腔 液等的 存在, 大 
大减 少了这 些内脏 器官运 动时的 摩擦。 

二、 水 的平衡 

体内水 的来源 有三个 途径: 食物 中水、 饮水、 代谢 水。 各种 食物都 含水, 随摄食 而进入 
体内, 主要在 大肠内 吸收。 饮水量 随各人 习惯而 有较大 差异。 体 内物质 氧化过 程中产 生的水 
谓之代 谢水, 每 100 g 糖、 脂肪、 蛋白 质在体 内氧化 分解中 所产生 的水量 分别为 55、 107、 
41ml, 成 人每日 代谢水 总共约 300ml, 其 量比较 恒定。 

体内水 的排出 有四个 途径: 呼气、 汗、 粪、 尿。 由肺呼 吸排出 的水量 每日约 400ml, 可因 
呼吸的 深浅、 速率、 代 谢率及 空气的 湿度等 情况而 变化。 皮肤不 断蒸发 水分, 即使不 感到出 
汗 也仍在 蒸发, 称为" 不 显性出 汗", 每天约 500iti1, 在 高温、 运 动吋, 出汗 明显, 严重 者每小 
时 可排汗 1 升 以上。 消 化系每 日分泌 唾液、 胃液、 肠液、 胰液、 胆 汁等, 总量 8000ml 以上, 
为 血浆总 量的两 倍多。 在消化 道下段 绝大部 分被重 吸收入 体内, 故每日 以粪便 排出的 水量仅 
约 100ml。 肾脏排 尿是体 内排水 的主要 途径, 成人每 日从肾 小球滤 出原尿 180 升, 在 流经肾 
小管 时绝大 部分被 吸收, 每 日排出 终尿约 1500ml 。尿 量受饮 水量、 活动、 出 汗等等 多种因 素的影 
响 而变动 很大, 体内缺 水时, 排出的 尿少而 浓缩, 大量饮 • 水时, 排尿 较多而 稀释。 因 此肾脏 
在 调节水 平衡上 有重要 意义。 机 体通过 排尿既 排水, 又 排代谢 废物, 体 内代谢 中所产 生的废 
物 每日约 3 5g, 至 少需要 500ml 尿液 才能将 其溶解 排出, 因此 每日至 少排尿 500ml (表 13 - 
2)。 

表 13-2 成人每 日水的 出入量 (ml/24li) 



水 的来源 水 的排出 



呼出气 400' 
食物水 1000 皮 肤蒸发 500 

饮料 1200 粪便 100 ^ 必需 排水量 

代谢水 300 肾 排废物 500 

肾排水 1000, 

合计 2500 合计 2500 



临床上 对于不 能进食 进水的 病人, 应当用 输液或 其它方 法补给 其所需 水量。 所需 水量主 

要依据 上述水 的排出 量进行 计算, 由于 呼气、 皮肤 蒸发、 粪便 和肾排 废物的 尿量共 1500ml, 
为 必需排 水量, 也即 是每日 最低损 失量, 因此每 日至少 应补给 1500ml。 



— W8 — 



笫三节 钠、 钾、 氯 的代谢 

一、 电解 质的生 理作用 

1. 维持神 经肌肉 的正常 应激性 神经和 肌肉的 应激性 受体液 中电解 质的影 响很大 ,只有 
当各种 离子的 浓度和 比例都 正常, 神 经肌肉 的应激 性才处 于良好 状态。 各种离 子对神 经肌肉 
应激性 的影响 如下式 所示: 

神 经肌肉 应激性 ^ 〔Na + 〕 + 〔 K+〕 



〔Ca 2+ 〕 + 〔Mg 2+ 〕 + 〔H+〕 

Na+ 和 K+ 增 强神经 肌肉兴 奋性, 若血中 K+、 Na+ 浓度 过低, 神经 肌肉的 应激性 下降, 可出 

现肌肉 软弱无 力甚至 麻痹。 Ca 2+ 、 Mg 2+ 降 低神经 肌肉兴 奋性, 当 Ca 2+ 、Mg 2+ 浓度升 高时, 

神经 肌肉的 应激性 下降, 血清 Ca 2+ 浓度 过低, 可出现 手足抽 搐甚至 惊厥。 

各种 离子对 心肌应 激性的 影响与 上面所 述有些 差异, 如下式 所示: 

A Bfl 請 W oc 〔N a + 〕 + 〔Ca 2+ 〕 + 〔OH- 〕 
心肌 应激性 CK+) + CMg2+D + CH+:) ― 

2. 维持 体液的 渗透压 体液渗 透压主 要由无 机离子 引起, 临床 上常以 血浆中 Na+ 和 Cl_ 
的 浓度来 了解体 液渗透 压和水 盐代谢 情况, 血浆 Na + 142(138〜145)mEq/L, 血浆 Cl_103 
(95〜106)mEq/L, 血浆 HC0 3 _ 也 较多为 22〜27mEq/L, 它们 的浓度 (mEq/L) 以 及与血 
浆总 渗透压 (mOsm/L) 之 间的关 系为: 

〔Na + 〕 = 〔Cl_〕 + 〔HC0 3 -〕 + 12 
血浆 渗透压 (mOsm/L) = 2 X (〔Na+〕 + 1 2) 

3. 维持酸 碱平衡 体 液中一 些离子 组成缓 冲系, 以维 持体液 pH。 

4. 影 响酶的 活性以 影响物 质代谢 有 些无机 离子是 酶的辅 基成分 或是酶 的激动 剂或抑 
制剂, 从而影 响物质 代谢。 

5. 构成 有特殊 功能的 化合物 如铁参 与构成 血红蛋 白和肌 红蛋白 分子, 铁 是这些 分子中 
与氧 结合的 部位。 

6. 其 他作用 钙磷构 成骨和 牙齿。 Ca 2+ 对细胞 的信息 传递、 神经细 胞的膜 电位等 方面均 
起重要 作用。 

二、 钠和氯 的代谢 

体重 60kg 的人, 体内含 Na+ 约 60S , ^ (31_约 , 两者 在细胞 内液的 量很少 「 主 
要存在 于细胞 外液和 骨骼。 细胞 外液和 骨骼含 钠量各 为体内 总量的 45%, 骨骼 可视为 钠在体 
内的储 存库, 慢性缺 钠时, 可以从 骨骼得 到部分 补充。 

1. 摄入 人体 摄入钠 和氯主 要通过 调味用 的食盐 获得, 每日约 10G〜200 m Eq (相 当于 
5.85〜11.7g), 以 Na+ 和 CI- 形式从 消化道 吸收。 每日摄 入量常 随各人 口味不 一而有 较大差 
异。 

2. 排出 排 出途径 为尿、 粪、 汗《 每日所 排出的 Na+, 90fo 由肾 排出, 正常人 巧)2 对 
徘 Na+ 的 适应力 很强, 一般 是多吃 多排, 少吃 少排, 不吃 不排。 肾 功能不 良者, 肾排 Na+ 能 



― 287 ― 



力 卞降, 致使 Na+ 在体内 潴留。 一般^ Na+ 同 时也排 Cl_。 汗液中 Na+ 与 C1- 法度约 为血浆 
浓度的 1/5〜1/2, 大量 出汗时 其浓度 更低, 但 是出汗 过多则 排出的 实际量 较大, 也可 导致血 
浆 Na + 与 C1- 浓度 下降。 粪 便中含 Na + 与 C1- 仅 6〜l 2 mEq, 除 非严重 腹泻, 一般 对血中 
Na + 、 CI— 影响 不大。 

三、 钾 的代谢 

1. 含量 与分布 体重 60kg 的人, 体内 含钾总 量约为 120S (或约 3000mEq), 为体内 
钠 总量的 2 倍。 钾约 98% 存在 于细胞 内液, 仅 2% 存 在细胞 外液, 因此 K+ 是细 胞内 液的主 
要阳 离子, 胞内 浓度为 150mEq/L。 血浆 K+ 浓度为 5(4. 1〜5. 5)mEq/L, 浓 度虽仅 及细胞 
内液 K+ 浓度的 1/30, 但其 浓度若 有细微 变化对 心脏活 动的: 响很大 ,因此 必须保 持血浆 K+ 
浓度的 恒定。 

钾在细 胞内外 浓度如 此悬殊 ,是 由于 Na + ,K + -ATP 酶不断 将胞外 K+ 泵入 胞内的 结果。 
但 K+ 进 入胞内 的速度 较慢, 细胞 外液的 K+ 须经 15 小 时才能 与胞内 K+ 达到 平衡。 由于 
Na + ,K + -ATP 酶需要 ATP 供能, 因 此失去 生命活 力或能 源物质 匮乏的 细胞, 就不能 维持这 
种浓 度差, 这 时细胞 膜两侧 的各种 离子则 按其跨 膜浓度 梯度进 行被动 转移。 因 此血库 存放过 
久的 血液、 其血浆 K+ 浓 度往往 较高。 

K+ 在细 胞内 外的分 布受物 质代谢 和体液 H+ 的影响 很大。 实验 证明, 当细胞 内合成 12 
糖原 或蛋白 质时, 就 分别有 0.15mEq 或 0.45mEq 的 K+ 从 细胞外 液进入 细胞, 当 细胞内 
糖 原或蛋 白质分 解时, 又有同 样量的 K+ 从胞内 释出到 胞外。 胰 岛素促 进细胞 内糖原 和蛋白 
质合成 而促进 K+ 进入 细胞, 胰 岛素还 通过作 用于肝 细胞质 膜和肌 细胞质 膜上的 Na + ,K+-ATP 
酶 以促进 细胞外 液中的 K+ 进入 细胞。 这种 作用在 临床上 有重要 用途。 严 重创伤 (烧伤 或大手 
术)、 组织破 坏.. 感染、 缺氧 等时, 体内分 解代谢 增强, 细 胞释出 较多的 K+, 致血浆 K+ 浓 
度 升高, 可给 患者输 注葡萄 糖和胰 岛素, 促 进细胞 外液的 K+ 进入 胞内, 则高血 K+ 可得以 
缓解。 

体内 H+ 代谢 也影响 K+ 的 分布和 代谢。 酸中 毒时, 细 胞外液 H+ 浓度 增加, 作 为体内 
的一 种调节 机制, 部分 H+ 进 入细胞 (主 要是肌 细胞) 每 3 个 H+ 进 入时有 1 个 K+ 和 2 个 
Na+ 出 细胞, 使细 胞外液 K+ 浓度 上升。 据 估计, 血浆 pH 每降低 0.1, 血浆 K+ 可上升 
0.7xnEq/L。 另一 方面, 酸 中毒时 肾小管 增强泌 H+ 而 减少泌 K + 。 因而 K+ 在体内 潴留。 因 
此, 酸中毒 病人常 伴有高 血钾, 而碱中 毒常与 低血钾 相伴。 

2. 摄入 正 常成人 每日需 尺+2〜4克 (相 当于 50〜100mEq)。 天然 食物含 K+ 丰富, 
允以动 物肌肉 和蔬菜 为多, 正常摄 食者都 能满足 机体对 K+ 的 需要。 

3. 排出 机 体每日 通过肾 脏排出 的钾, 为 排出钾 总量的 90% 以上, 每日排 K+ 约 30〜 
80mEq o 从 肾小球 滤出的 K+, 在 流经近 曲小管 时几乎 全部被 回收, 远曲 小管和 集合管 细胞可 
分泌 K+ 以 与管腔 液内的 Na+ 进行 交换, 因此, 最后 排出的 K+ 主要来 自远曲 小管, 其次来 
自集 合管。 肾对 K+ 的排出 是调节 K + 保 持平衡 的重要 方面, 肾排 K+ 量 可随食 物摄入 K+ 
量而 增减, 但是, 即使 不摄入 K+ 而致 机体缺 K+ 时, 肾仍 每日排 K+ 约 20〜40mEq (约合 
1.5〜3.0S^ 化钾, 因此, 肾排 K+ 的特 点是" 多吃 多排、 少吃 少排、 不吃也 排"。 不 吃也排 
是禁 食者体 内引起 低血 K+ 的重要 原因, 应注^ 补 K + 。 汗和^ 中也 有少量 K+ 的 排出, 若 
非大 量出汗 和严逭 腹泻, 一般 对机体 K+ 平 衡影响 不大。 



— 288 一 



由 于血浆 浓 度对心 脏活动 的影响 很大, K + 的代谢 又有上 述种种 特点, 因此 要时时 
瞀惕发 生高血 钾和低 血钾。 对于 高血钾 患者, 可 采取输 注葡萄 塘和胰 岛素促 K+ 入胞, 并加 
强利 尿以促 K+ 从尿中 排出; 对于 低血钾 患者, 应及 时补充 K+, 但补 K+ 时 要严防 矫正太 
过而 造成高 血钾。 

四、 水 盐代谢 的调节 

正 常人体 对水和 无机盐 的摄入 与排出 能保持 平衡, 是受调 节机制 作用的 结果。 但 和前述 
的糖、 脂肪、 蛋白质 等有机 物的代 谢调节 相比, 水盐 代谢调 节有两 个重要 特点: ® 调节动 B 
上, 水 盐代谢 调节多 数情况 下是以 体液容 量和渗 透压的 变化为 动因, 作 用于相 应的感 受器官 
实现调 节的; ② 调节效 应上, 水盐代 谢调节 是对体 液的整 沐进行 调节, 即调节 摄入量 与排出 
量, 从而使 体液的 容量、 渗 透压、 各 种离子 的浓度 和比例 等在整 体上维 持相对 恒定。 而溏、 
脂肪、 蛋 白质等 有机物 的代谢 调节, 常 是以代 谢物或 产物的 含量为 动因, 或通 过激素 调节, 
影响 细胞内 * 细胞 之间的 作用, 其效 应是改 变某些 代谢途 经的 方向和 速度。 

1. 神 经调节 当 进食高 盐饮食 后或机 体失水 1〜2%, 可致体 液渗透 压增加 。刺激 丘脑下 
部的渗 透压感 受器, 引 起大脑 皮层产 生口渴 思次的 欤望, 饮 水后, 渗透 压恢复 正常而 解渴。 

2. 抗 利尿激 素调节 抗利 尿激素 (ADH) 是调 节水代 i 射维持 体液渗 透压的 激素。 其化 
学 本质为 八肽, 由下 丘脑视 上核和 室旁核 分泌, 沿下 丘脑- 垂体束 进入神 经垂体 贮存, 于需要 
时释放 入血, 通 过血液 循环, 作 用于肾 远曲小 管和集 合管, 与其 细胞表 面受体 结合, 通过 
cAMP 系统的 f 乍用, 使膜 蛋白磷 酸化, 从而 加速对 水分子 的回收 而减少 排尿。 抗利尿 激素还 
有升高 血压的 作用, 又名 加压素 (Vasopressin) 。 

抗利 尿激素 的释放 主要受 体液渗 透压的 调节。 下丘脑 视上核 和室旁 核是祌 S 元又 有渗透 
压感 受器的 功能, 对 血浆渗 透压的 改变很 敏感。 当 细胞外 液渗透 压升高 特别是 Na+ 浓度升 
髙时, 渗透压 感受器 兴奋, 一 方面引 起口渴 思饮; 另一 方面, 促使 神经垂 体释放 抗利尿 激素, 
促进 肾小管 对水的 吸收, 渗透 压得以 下降。 再者, 当 血容量 减少和 血压下 降时, 对左 心房的 
容量 感受器 和颈静 脉窦及 主动脉 弓的压 力感受 器刺激 减少, 反射 性地抗 利尿激 素分泌 增加, 
促进 肾小管 对水重 吸收而 恢复血 容量与 血压。 反之, 当渗 透压下 降或血 容量增 加以及 血压上 
升时, 抑 制抗利 尿激素 分泌, 减少了 肾小管 对水的 回收, 排 出水分 增多, 则 可使渗 透压、 血 
容量 和血压 都恢复 正常。 

3. 醛 固酮激 素调节 醛固酮 主要是 调节无 机盐代 谢维持 正常血 容量的 激素, 其作 用是浞 
进肾 远曲小 管和集 合管对 Na+ 的重 吸收, 伴 随吸收 CI— 和水, 增加 K+ 和 H+ 的 排出。 因 
此 醛固酮 总的作 用是保 Na+、 保水、 排 K+、 排 H+、 增加血 容量。 作用 机制可 能是醛 固酮进 
入肾小 管细胞 核后, 促进转 录和合 成醛固 酮诱导 蛋白, 后者 再促进 肾小管 细胞膜 上钠泵 运转, 
增强对 Na+ 的主动 吸收。 

醛固酮 分泌的 调节: 醛固 酮的分 泌释放 受肾素 -血管 紧张素 系统的 调节。 肾 素是肾 小球旁 
细 胞分泌 的一种 蛋白水 解酶, 催化存 在于血 浆中的 血管紧 张素原 (肝脏 产生、 含于 a 2 球蛋白 
中) 水解 出血管 紧张素 I (十肽 ), 再经转 化酶馑 化去掉 C 端两 个氨基 酸而生 成血管 紧张素 n 

(八肽 ), 又 经氨基 肽酶水 解除去 n 端一 个氨 基酸而 成血管 紧张素 m (七肽 )。 血管 紧张素 n、 
in 最后由 血管紧 张素酶 降解而 失活。 血管 紧张素 n、 m 有相 同生物 活性, 但人 血浆中 的浓度 
n 比 m 高 4 倍, 故 n 为主 要活性 物质。 其作 用是引 起小动 脉收缩 以升高 血压, 并刺激 肾上腺 

28S 一 



^^球 状 带合成 和分泌 醛固酮 以调 节水盐 代谢; 此外, 它还 可刺^ m 中枢 而引起 渴感, 促^ 
抗利 尿激素 分泌。 肾素- 血管紧 张素系 统发挥 作用的 关键在 于肾素 的分泌 。肾素 的分泌 受肾小 
球入 球动脉 的血压 和致密 斑钠感 受器的 影响。 当血 容量和 血压降 低时, 肾脏入 球动脉 的血压 

也 降低, 刺激 球旁细 胞分泌 肾素, 同 时由于 肾小球 滤过率 下降, 滤出的 Na+ 减少, 刺 激致密 
斑钠感 受器, 也引起 球旁细 胞分泌 肾素。 肾素通 过上述 过程引 起醛固 酮分泌 , 使肾小 管对水 
Na+ 吸收 加强, 以恢复 血容量 和升高 血压, 血容 量和血 压回升 后又反 过来抑 制肾素 分泌。 

醛 固酮的 分泌还 直接受 血浆中 Na+、 K+ 浓度的 影响。 血浆中 Na+ 浓度 降低或 K+ 浓度 
升 高以致 Na+/K+ 比值 下降, 可 直接刺 激肾上 腺皮质 球状带 分泌醛 固酮, 使 肾脏排 K+ 保 
Na+。 其中, 肾 上腺皮 质球状 带对血 K+ 升高的 敏感性 特强, 这 是血浆 K+ 得以 维持恒 定的重 
要调节 方式。 

4. 心钠 素调节 心钠 素或称 心房利 尿多肽 (ANP), 是近年 来发现 对水钠 代谢有 重要调 
节 作用的 激素, 总的 作用是 促进水 和钠的 排出。 心 钠素主 要由心 房细胞 合成和 分泌, 人体中 
巳发现 的心钠 素有: ct-ANP、 P-ANP、 Y-ANP 三种, 分别由 28、 56、 128 个氨 基酸残 
组成。 cc- ANP 活性 最高、 P- ANP 是 cc-ANP 的 二聚体 形式, Y-ANP 可能是 cc-ANP 的前 
体, 其 C 端的 99〜126 氨 基酸水 解即为 ct-ANP。 心 钠素作 用于肾 小管髓 袢的上 行段, 通过 
抑制 腺苷酸 环化酶 活性以 降低对 Na+ 和 水的重 吸收, 从而 引起利 尿和排 Na+。 此外, 心钠 
素还, 抑制 肾素、 醛 固酮和 抗利尿 激素的 分泌, 抑制 口渴。 当细 胞外液 增多或 血压升 高时, 均 
能 引起心 钠素的 合成和 分泌。 

* 五、 水 盐代谢 的紊乱 

1. 脱水 体液的 丢失叫 脱水。 根据水 与电解 质丟失 情况的 不同, 脱 水可分 为三种 类型, 

(1) 缺水 (高渗 ) 性 脱水: 水的 丢失比 钠的丢 失多。 血桨 Na+ 高' 于 150mm O l/L, 主 要原因 是饮水 不足, 
以及在 高温、 高热大 量出汗 后未及 时补液 所致。 失水 后细胞 外液呈 高渗, 水自 细胞内 逸出, 细 胞内液 减少, 
使细胞 外液得 到一定 程度的 恢复; 由于细 胞外液 渗透压 增高, 反射性 地引起 ADH 分泌 增加, 促进肾 小管对 
水的 重吸收 作用, 出现 少尿; 另外 还刺激 丘脑下 部的渴 中枢, 出现 口渴; 由于细 胞内液 脱水, 细胞 代谢障 
碍. 可出 现氮质 血症. 对此种 脱氷患 者应及 时补充 5% 的 葡萄糖 或低渗 溶液。 

(2) 缺钠 (低渗 ) 性 脱水: 钠的 丢失比 氷多。 血浆 Na+ 低于 130mmol/L, 由任 何原因 引起的 体液丢 
失, 例如 严重的 呕吐、 腹泻、 大 量出汗 等只补 水而不 补钠, 则体液 的渗透 压降低 即引起 低渗性 脱水。 失 Na+ 
后细 胞外液 渗透压 下降, 虽 然机体 失水, 但 早期反 而排出 大量低 渗尿; 同时 水向 细胞内 转移, 引起 细胞水 
肿, 这样 细胞外 液及血 容量便 减少, 导致循 环衰竭 、血压 下降, 由于 血容量 减少, 肾小球 滤过率 降低, 一面 
出 现氮质 血症, 一面 又引 起醛固 酮分泌 增加, 使尿 中排出 氯化物 量减少 或完全 缺如; 由于 血容量 降低, 血 
浆的 渗透压 又比细 胞间液 的大, 故 一部分 水进入 血浆, 使细胞 间液缺 水的程 度比血 浆的更 明显, 致 使皮肤 
松弛, 眼窝 下陷. 在低 渗性脱 水时可 根据情 况补充 5% 的葡萄 糖生理 盐水, 或口 服葡萄 糖及食 盐水. 以促进 
钠的 吸收, 

(3) 混合 (等渗 ) 性 脱水: 水 和盐成 比例的 丢失. 血 浆渗透 压变化 不大, 血浆 Na+ 含量 在正常 范围. 混 
合性脱 水是临 床上最 常见的 脱水. 例如, 不太 严重的 消化不 良或短 时间的 呕吐、 腹 泻等. 同 时肺和 皮肤不 
断的损 失低渗 体液, 故水的 损失多 于盐, 产生 口渴、 尿少 等高渗 性脱水 症状。 又由于 从细胞 内液进 入到细 
胞外 液的水 不多, 因之 血容量 减少, 严重时 产生与 低渗性 脱水相 似的循 环衰竭 现象. 由 于等渗 性脱水 兼有高 
渗 性及低 渗性脱 水症, 故称 混合性 脱水。 对等渗 性脱水 患者应 及时补 充等量 的生理 盐水及 5% 葡萄 糖溶液 • 

给脱 水患者 补充浪 体, 应根 据脱水 类型不 同补给 不同的 液体, 并应 考虑到 有无酸 碱平衡 失常, 同时予 
以 纠正. 中 药成分 复杂, 作用 广泛, 有 其独特 优点, 其补液 剂正在 研制及 试用. 



一 29U ― 



. 1 钟代 谢紊乱 正 常体重 60kg 的人, 体 内钾总 S 约 l^g. [&( 血^^ 血清) 钾 浓度为 3 . 8 〜 5 .5mm i/ 

L, 若体内 钾总量 或血钾 浓度有 改变, 即为 钾代谢 素乱. 

(1) 低 血钾: 即 血钾浓 度低于 3.5mmol/L 者, 造成 低血钾 的原因 归纳起 来有: 摄入 过少、 丟失 过多及 
细 胞内外 分布异 常等. 摄入 过少, 见 于摄食 障碍、 禁 食等; 严重 腹泻, 呕吐和 利尿剂 治疗是 低血钾 常见原 
因; 治 疗糖尿 病酸中 毒时, 应用大 量葡萄 糖和胰 岛素, 促进 血浆内 K+ 随 葡萄糖 进入细 胞内, 若 未及时 补钾, 
就容易 发生低 血钾. 在碱 中毒时 亦能使 钾转入 细胞内 导致低 血钾。 可是, 由 于钾在 细胞内 外分布 不同, 血 
钾浓度 并不能 完全代 表体内 钾代谢 的真实 情况. 但 从大多 数情况 来看, 低血钾 意味着 体内缺 钾. 

缺钾 时可出 现软弱 无力, 反射 减弱或 消失, 甚 至呼吸 麻痹、 心律失 常等. 

临床 上对低 血钾的 处理是 首先治 疗其原 发病, 根据钾 在体内 分布及 排泄的 特点, 补钾之 前必需 先改善 
肾 功能. 补钾 以口服 为好, 静脉滴 注时一 定要坚 持见尿 补钾的 原则。 

(2) 髙 血钾: 即 血钾浓 度高于 5.6mmol/L 者。 其 原因为 输入 钾过多 及排泄 障碍. 前者 如输钾 过多、 

过快或 输入大 量陈旧 血液: 后者 如肾功 衰竭、 肾 上腺皮 质功能 低下、 大 面积的 烧伤或 呼吸道 障碍引 起缺氧 
以 及酸中 毒等情 况时。 另外, 还 出现神 经肌肉 的一些 症状, 如手 足感觉 异常、 极度 疲乏、 骨 骼肌麻 痹等. 

高血 钾是危 险的, 应采取 紧急降 低血钾 措施, 除限制 钾的进 入量外 ,可 注射葡 萄糖及 胰岛素 以降低 血钾, 
或用 葡萄糖 酸钙及 乳酸钠 治疗。 



第四节 钙、 磷 的代谢 

一、 体 内钙、 磷的 含量、 分 布和生 理功能 

1. 含量 及分布 成人 体内总 钙量约 lkg, 广泛 分布于 所有细 胞中, 但 99% 存在 于骨' 絡 
中, 其余 的分布 于软组 织中。 在 软组织 中钙占 的比例 虽小, 但 有着极 其重要 的生理 功能。 

成 人体内 含磷约 0.6kg, 85% 以上存 在于骨 骼中, 软组 织中含 磷量较 钙多, 主要 以各种 
有 机磷酸 酯形式 存在, 如 磷脂、 核 酸等。 

钙和磷 在骨中 以骨盐 的形式 存在。 骨盐主 要是羟 磷灰石 〔3Ca 3 (P0 4 ) 2 'C a (OH) 2 〕, 此外 
还有少 量无定 形的磷 酸钙。 

2. 生 理功能 容 易被代 谢所利 用之钙 称为体 内的可 混合的 钙库, 亦即是 在软 组织、 细胞 
外及 血流中 可以自 由移动 的钙。 钙调 蛋白, 广泛存 在于细 胞内, 它调节 细胞的 Ca 2+ 浓度以 
维持 各种依 赖钙的 反应; 过量的 Ca 2+ 则由 钙泵等 途径排 出于细 胞外。 

钙 有广泛 的生理 功能, 除参与 骨与牙 齿的形 成外, Ca 2+ 对 神经组 织特别 重要, 若血钙 
降低, 神 经组织 应激性 亢进, 导致 抽搐; Ca 2 '+ 参 与肌肉 组织的 收缩与 松弛、 血液 凝固; 腺 
体 的分泌 及神经 递质的 释放。 

磷 以磷酸 根形式 参与物 质代谢 过程, 在糖、 脂、 蛋白质 代谢及 氧化 磷酸化 过程中 都有硃 
酸 参加, 磷酸在 酸碱平 衡中也 起重要 作用, 此 外磷脂 还是细 胞膜的 成分。 

二、 钙磷 的吸收 和排泄 

1. 钙 的吸收 与排泄 

(0 巧的 吸收: 食物中 乳类、 豆类 及甲壳 类含钙 ^多, 一般 来说植 物性食 物中较 动物性 
食物中 为多。 食物中 磷^、 碳^、 草酸、 植^ 及硫酸 等的阴 离子, 均可与 钙结合 成不溶 性盐, 
降 低钙的 吸收; 大量脂 肪消化 产生很 多的脂 肪酸与 钙离子 形成钙 肥皂, 也使 钙难于 吸收; 另 



一 291 一 



外钙盐 在鲛性 溶液中 较碱性 中易于 溶解, 故在酸 性溶液 中易于 吸收。 可 见钙的 吸收受 钙盐的 

种类、 溶 解度、 肠道 pH 及 肠内脂 肪等因 素的影 响。 乳糖、 赖氨 酸及甘 氨酸也 能增加 钙的吸 
收。 上述诸 因素虽 然对钙 吸收有 影响, 但都不 是影响 钙吸收 的主要 g 素, 影^ 钙吸收 的主要 
因素是 维生素 D 及机 体对 钙的需 要量。 维生素 D 缺乏 时钙 吸收减 少,' 给予 维生素 D 数小 时后 
钙 的吸收 增加, 它 反映了 维生素 D 在肝、 肾中羟 化形成 有生物 活性的 1, 25- 二羟 维生素 D 3 
所需的 时间。 

* 中 药阿胶 主耍或 分是 胶原, 水 解可得 到多种 is-s 酸 如甘氨 酸等, 此外尚 含有钙 和硫。 阿 胶能增 加红细 
胞数及 血红蛋 白量, 从而改 善全身 功能, 同 时改善 体内钙 平衡. 实验尤 表明, 在给 基本饲 料的基 础上, 若 
每日加 isog 阿胶与 不加者 对比, 食物 中钙的 吸收率 增高, 钙 在体内 的潴留 增加, 使血 钙略有 增高, 这种 
钙 的运载 功能, 可能与 阿胶中 所含的 甘氨酸 有关。 

成人 每日食 物中含 钙量不 恒定, 通常为 0.5〜lg 左右。 吸收 率也不 一致, 从 25〜70%, 
故进食 量很难 有一定 标准。 1980 年 国际调 查委员 会的食 物和营 养会议 推荐: 成 人每日 进食钙 
800m 2 , 乳母及 孕妇为 i,200mg。 

(2) 钙的 排泄: 钙主要 由小肠 排出, 部分 地由肾 排出。 当 摄钙量 少时, 钙 仍进入 粪便继 
续 排出, 可导致 负钙 平衡。 缺乏 维生素 D, 钙排出 增加; 给予 维生素 D, 则排出 减少。 由于 
钙 对神经 的兴奋 性及骨 的钙化 有较深 的影响 , 故 应当注 意负钙 平衡, 以 免发生 抽风或 骨质脱 
钙。 对孕妇 及乳母 尤应给 予足够 的钙及 维生素 D 以预 防之。 

正 常成人 每日由 尿排出 钙量为 2.5〜7.5mmd (100〜300mg), 当蛋 白消化 吸收过 量时, 
尿排 出钙量 增加, 其 可能是 由于蛋 白质代 谢增加 了尿液 的酸度 所致。 若 血浆蛋 白量正 常而血 
钙浓 度低于 1.9mmol/L (7.5mg/dl) 时, 则尿 中无钙 排出。 相反, 当 溶骨增 强而使 血钙升 
高时, 则尿排 出钙量 增加, 易引 起尿路 结石。 

2. 磷 的吸收 与排泄 ' 

(1) 磷的 吸收: 食 物中的 磷以^ 蛋白、 核 蛋白、 磷&' 、 磷鲛 甘油以 及无机 磷钕盐 的形式 
存在, 其中大 部分是 无机磷 酸盐。 除 食物中 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 Fe 5+ 离子过 多时能 与磷酸 生成不 
溶性的 磷酸盐 以外, 一般来 说磷在 小肠上 段较易 吸收, 因 为此处 pH 较低, 有利 于磷的 吸收。 
维生素 D 不但 能促 进钙的 吸收, 同时 亦可促 进磷的 吸收。 若 钙吸收 不佳, 磷在 小肠下 段排出 
增多, 则 极易在 pH 较高 的小肠 下段形 成不溶 解的磷 酸钙, 从而 妨碍磷 酸盐的 吸收。 富含钙 
的食物 如乳、 豆、 蛋、 谷、 鱼 以及肉 等亦富 含磷。 

在植 物性食 物中, 磷 主要以 植酸盐 的形式 存在, 植 酸是六 磷酸肌 醇脂。 植酸的 钙盐、 镁 

OP0 3 H t OPO a H, 

H /1 1\ OPO,H t 

|/ H H \| 

H,0,Po\ oPO a H 8 h/ H 

\L Z\/ 

H OP0 8 H a 

植 酸 

盐 是不可 溶的。 植^ 在肠道 屮妨碍 钙、 谇 和铁的 吸收。 粗糙 加工的 谷类中 含植酸 盐多, 吃这 
类食 物可导 致体内 缺钙, 严重时 可发展 成谷物 性的佝 偻病。 成人 每日磷 的需要 量与上 面介绍 
的钙 3 相同。 

(2) 磷的 排泄: 主要通 过肾脏 排泄。 从肾小 球滤 过的^ i'j 85〜95% 被肾 小管重 吸收。 贤 



一 292 一 



小 营对磷 的排出 起控制 作用, 缺磷时 尿中甚 至无磷 排出, 血磷 增高时 尿磷排 出增加 



三、 血钙 和血磷 

1. 血钙 血 钙是指 血浆或 血清中 之钙。 正常成 人血钙 浓度为 2.2〜2.7mmol/L (9〜11 
mg/dl), 儿童 较高, 常 处于其 上限。 血钙 以离子 钙及结 合钙两 种形式 存在, 约各占 一半, 但 
只有离 子钙才 有直接 的生理 作用。 结合 钙绝大 部分与 蛋白质 结合, 小部 分与柠 檬酸等 结合。 
蛋 白质结 合钙不 能透过 毛细血 管壁, 称为 非扩散 性钙; 钙 离子、 柠 檬酸钙 等可透 过毛细 M 管 
壁称 为扩散 性钙。 

血液的 pH、 HPO, 2 - 及 HC0 3 _ 的浓 度可影 响血中 钙离子 浓度, 其 与钙离 子的关 系以下 
式 表示: 

〔Ca"〕 CjjPOn 〔HCO ;〕 一蛍粉 

因此, 当 〔H+〕 增高时 〔Ca 2+ 〕 增加; 〔HPOr〕 或 〔HCO;:〕, 加时 〔Q^〕 降低。 Ca 2 * 有降 
低神经 肌肉兴 奋性的 作用, 当血浆 〔Ca 2+ 〕 降低至 0.9mmol/L (3.5rag/dl) 时, 神经肌 肉的兴 
奋性 过高, 出 现抽搦 现象。 

血 浆蛋白 质浓度 显著降 低时, 结合钙 减少, 血钙浓 度下降 ,但 〔Ca 2+ 〕 可无 变化, 不出现 
抽搦。 

2. 血磷 血 磷通常 指血清 或血浆 中的无 机磷, 它 以无机 磺酸盐 (H 2 POy、 HFOr) 的形 
式 存在。 fe 人血浆 浓度为 1.0〜1.6riimol/L (3〜5mg/dl), 儿童为 1. 3〜1. 9mmol/L (4〜 
6mg/dl)。 

钙和 磷以骨 盐形式 沉淀于 骨中, 若长 期处于 低血磷 状态, 会影 响成骨 作用, 发生 佝偻病 
或软 骨病。 一般来 说血磷 降低, 而 血钙正 常是佝 偻病的 特征。 

正常 情况下 血中钙 磷浓度 恒定, 在其 调节过 程中, 甲状旁 腺素、 降 钙素和 维生素 D 起到 
重要 作用。 

* 四、 钙 磷代谢 的凋节 

1. 甲状 旁腺素 (PTH) 调节 PTH 是由 甲状旁 腺分泌 的一个 高血钙 激素。 它 是一个 多肽, 人的 PTH 
分 子量为 9, 300, 由 84 个 氨基酸 组成, 人工 合成的 P.TH 为天然 PTH 氨 基端的 34 肽, 便有 PTH 的生物 活性. 

PTH 的功能 是升高 血钙, 也 有降低 血磷的 作用。 

PTH 的 分泌受 血清钙 浓度的 调节. 当 Ca" 浓度增 高时, 抑制其 分泌, 降低时 促进其 分泌, 二者 呈负相 
关 .Ca" 抑制 PTH 分泌 的机理 是由于 Ca" 抑制 甲状旁 腺的腺 苷酸环 化嗨, 使 cAMP 降低, cAMP 能促进 PTH 
的 分泌, 因 而血中 Ca" 增高 可抑制 PTH 分泌. 

2. 降钙素 (CT) 调节 CT 是一个 32 肽 激素, 为甲状 腺滤胞 旁细胞 (C 细胞) 分泌, 分子量 3 , 6 00。 当 
血 锊浓度 仅增加 0.04〜0.1I!mm O l/L (0. 15〜0. 5mg/dl) 时, 即剌激 C 细胞 分泌降 钙素。 此 激素促 进骨的 
钙化, 抑 制骨的 吸收, 因而降 低血钙 浓度。 幼年 动物对 CT 较 敏感, 有 人认为 CT 可能 是生长 期间调 节钙^ 
代谢 的重要 激素, 但 CT 在人 体内的 生理意 义尚待 阐明。 例如患 髗旁性 甲状腺 癌时, CT 大量 产生, 而患者 
fc 钙浓 度仍在 正常范 围内. 

下钙素 (Katacalcine) 是一种 新发现 的降血 钙多肽 激素. 下 钙素与 降钙素 来自同 一前体 蛋白. 下钙 
素具有 特异的 使血钙 降低的 作用, 而且还 可以增 强降钙 素降低 血钙的 作用. 

下努 素使血 努下降 的作用 —的, 它对 血磷. 钠. 钾 及蛋白 质的浓 度均无 影响. 

— 293 一 



血浆下 钙素的 浓度男 性离于 女性. 男性 平均为 63.5fig/L, 女性为 25.8jig/L. 患甲状 腺髓样 癌的^ A* 
血浆中 下钙素 可大量 升高, 甚 至可达 486tig/L. 

下钙素 可以调 节血钙 浓度, 可 用于治 疗高血 钙症及 变形性 骨炎. 血 浆下钙 素的测 定有助 于甲状 腺髓样 
癌的 诊断. 

3. 维生素 D(l, 25- 二羟 维生素 D) 调节 维生素 D 有植物 来源的 D 2 和动物 (包 括人的 皮肤) 来源的 
不论 D, 或 D ,在 体内经 羟化成 1,25- 二羟 维生素 D 后, 其活 性大增 (较 维生素 D 大 10 倍以上 ). 羟化的 过程是 
维生素 D 被血流 带到肝 细胞, 经内 质网的 25- 羟化酶 羟化成 25- 羟 维生素 D, 再进 入血流 被带到 肾脏, 在肾脏 
的 1- 羟 化酶催 化下, 生成 1,25- 二羟 维生素 D. 25- 羟 维生素 D 和 1,25- 二羟 维生素 D 是维 生素 D 的主 要活性 
代 谢物. 

1,25- 二羟 维生素 D 的功能 : ① 增加肠 中钙的 吸收. 当 1,25- 二羟 维生素 D 扩散 进入肠 粘膜细 胞后, 即 
与 胞浆中 一种特 异的胞 浆蛋白 结合, 接 着进入 胞核, 它刺 激生物 合成一 种特异 的钙运 输蛋白 (Calcium 
Trasporting Protein) , 此蛋 白在肠 粘膜的 刷状缘 上的功 能可视 为一种 钙-依 赖性的 ATP 酶, 换 言之, Ca i+ 
在消耗 ATP 时, 逆浓度 梯度被 泵入细 胞内, 以增加 肠粘膜 对钙的 吸收. ② 增 加肾小 管对原 尿中的 钙的重 
吸收。 肾 脏每日 约滤过 10g 钙, 但只有 lOOmg 左 右由尿 排出, 这 是由于 肾远曲 小管主 动的重 吸收钙 以恢复 
血流中 的钙的 结果. 这种 主动的 运输过 程也为 1,25- 二羟 维生素 D 与 PTH 的 协同所 控制, 其中也 涉及到 
钙-依 赖性的 ATP 酶的 合成. ③动员 骨钙. 1,25- 二羟 维生素 D 动员 骨钙 需要与 PTH 的 协同. PTH 的作用 
是刺 激腺苷 酸环化 酶产生 cAMP, 在 破骨细 胞中, 以数 种方法 从羟基 磷灰石 结晶中 增加骨 液中的 Ca« + , 
1,25- 二羟 维生素 D 的功能 是将骨 液中的 Ca" 运输 至细胞 外液; CT 可 以抵抗 PTH 对骨钙 的动员 作用. 

低血 钙刺激 PTH 的 释放, PTH 的 功能之 一是活 化肾的 1- 羟 化酶, 使 1,25- 二羟 维生素 D 生成 增加. 

五、 某 些中草 药对水 盐代谢 的影响 

体液 平衡的 维持, 现代 医学的 观点认 为,. 与 血压、 渗 透压、 排泄 途径的 功能以 及激素 的调节 等看、 关. 
中医 学的理 论是: 体液代 谢主要 与肝、 脾、 肾三脏 有关. 根据中 医学' 的理论 及研究 资枓, 介 绍下面 一些中 
草药 对水盐 代谢的 影响. 

(一) 利尿药 

1. 钾 利尿药 

(0 葸蓄: 大鼠 实验, 篇蓄 有利尿 作用, 当将 20g/kg 煎 剂给予 盐水负 荷的大 鼠后, 其尿 量及钠 钾的排 
出均 增加, 灰分也 有同样 作用, 故认 为葸蓄 的利尿 作用主 要由所 含有效 成分中 的钾盐 (889mg? &) 所 引起, 
也 有人认 为是其 所含的 黄酮甙 所致. 

(2) 泽泻: 临床 和动物 实验, 多 数认为 有利尿 作用, 并使尿 中钠、 钾及尿 素排出 增多. 以 50% 泽泻煎 
剂 给大鼠 灌胃, 每鼠 10ml, 灌胃后 3 小 时的总 尿量为 3, 267ml, 对 照组为 Hml, 表 明泽泻 有利尿 作用, 并证 
明正品 泽泻利 尿效果 最大。 生片 泽泻、 酒 制泽泻 及麸制 泽泻均 有一定 的利尿 作用. 泽 泻的利 尿作用 可能和 
其含大 量钾盐 ( 296 mg9 &) 有关. 

(3) 瞿麦: 瞿麦 对麻醉 的和不 麻醉的 家兔均 有利尿 作用。 瞿麦穗 2g/k g 煎 剂给水 盐潴留 的家兔 灌胃, 
6 小 时内尿 量增至 156. 6%, 氯化物 的排出 量增至 268. 2%; 瞿 麦茎穗 煎剂与 纯穗煎 剂作用 相似, 但 较弱. 
瞿麦煎 剂使麻 醉犬尿 量增加 1〜2. 5 倍, 不麻醉 犬增加 5~ 8 倍。 瞿 麦对钾 排出的 影响大 于钠. 瞿麦中 含钾量 
为 500m g %, 其利 尿排钾 作用可 能与此 有关. 

(4) 金 钱草: 金 钱草对 家兔及 大鼠均 有明显 的利尿 作用。 用 2 0g/kg 煎剂 给大鼠 灌胃, 利 尿作用 明显, 
连 续用则 利尿作 用逐渐 减弱. 生 药与灰 分的利 尿效力 无显著 差异, 酊剂则 无利尿 作用, 故其 利尿作 用可能 
与所含 的钾盐 量有关 (灰 分含钾 663mg%)。 广 金钱草 与四川 金钱草 有明显 的利钠 作用. 

(5) 杜仲: 各种 品种均 有利尿 作用, 对人, 煎 剂较醇 溶性物 降压作 用大, 其利尿 作用可 能和含 大量钾 
盐 (400ms%) 有关. 

— 294 — 



2. 非钾 利尿药 

(1) 枳实: 其 水提取 液含有 利尿作 用的两 种甙, 即脱- 对-羟 基苯甲 酰梓甙 (Des-p-hydroiybenzoyl 
catalposide) 和梓甙 (Catalposide). 用大鼠 实验, 前者的 利尿作 用强于 后者, 且主 要为钠 利尿; 后 者主. 
要为氯 利尿, 其 利尿作 用系对 肾小管 的影响 所致. 对 切除肾 上腺的 大鼠, 两 者均表 现为钠 利尿. 对 碳酸酐 
酶 无抑制 作用, 对循环 系统无 影响, 毒 性低. 

(2) 猪苓: 健康人 口服猪 苓煎剂 5g, 6 小 时内尿 量增加 62%, 尿 中氯化 物增加 45%. 动 物实验 表明其 
利尿作 用是抑 制肾小 管对电 解质及 水的重 吸收. 

(3) 黄芪: 人 体试验 证明黄 芪有中 等利尿 作用, 可 增加尿 量及氯 化物的 排出, 临床剂 S (0.2g/kg) 即 
可增 加尿量 64%, 排钠 量增加 14. 5%; 黄 芪对大 鼠亦有 明显的 利尿、 利钠 作用. 

(4) 桑 白皮: 在临床 上有利 尿消肿 作用: 动物 实验证 明其水 及正丁 醇的提 取物灌 胃或腹 腔注射 均有利 
尿 作用, 并使 尿中钠 及氯化 物排出 增加. 

(5) 鱼 腥草: 含懈皮 甙及大 量钾盐 (灰 分含钾 1201mg%), 具 有利尿 作用, 蟾 蜍肾及 蹼灌流 试验, 提示 
其 利尿作 用可能 与血管 扩张、 增加肾 血流量 有关, 钾仅起 增强利 尿作用 的附加 作用. 

3. 强心 利尿药 

(0 铃兰: 有显著 的利尿 作用, 对心 力衰竭 的利尿 效果优 于洋地 黄及毒 毛旋花 子甙. 后 两者不 能退水 
肿, 铃兰 制剂常 可得到 满意的 效果, 根的 利尿作 用较叶 明显, 在利 尿的同 时增加 电解质 (主要 为钠) 排泄, 
这主 要是由 于抑制 了肾小 管的重 吸收, 特 别是远 曲肾小 管对钠 的转运 过程. 

(2) 罗 布麻: 根 含强心 成分, 其中 有毒毛 旋花子 甙元、 K- 毒 毛旋花 子甙、 P 罗 布麻甙 (加 拿大 麻甙) 
等. 罗布 麻甙对 大鼠的 利尿作 用较毒 毛旋花 子甙作 用强, 加拿 大麻提 取物, 小量对 大鼠表 现利尿 作用, 大 
量则反 使尿量 减少. 此属植 物多能 增加血 流量, 利 尿作用 较强, 可用 于心力 衰竭的 水肿及 肝硬化 腹水; 对 
粘膜刺 激较洋 地黄、 毒毛旋 花等植 物强. 以罗 布麻根 12〜15g 制成 煎剂, 应用于 34 例各 种水肿 (肾 性、 心性 
及肝 硬化、 妊娠等 ), 证 明有一 定的利 尿消肿 作用. 该药 有一定 的毒性 及蓄积 作用. 

4. 抑制 巯基酶 利尿药 

(0 轻粉: 主 要含氯 化亚汞 (即甘 汞), 口服后 甘汞在 肠中小 部分变 成易溶 解的二 价汞 离子, 二 价汞离 
子吸收 后可与 肾小管 中含巯 基的酶 (例 如, 琥 珀酸脱 氢酶) 结合, 使 肾小管 重吸收 NaCl 所需 之能量 供应发 
生 障碍, 从而抑 制肾小 管对电 解质及 水的重 吸收, 此 作用与 汞撒利 相同。 

(2) 桂枝: 为五苓 散中主 要利尿 成分, 其作用 方式可 能似汞 撒利. 但另有 报道, 谓桂枝 在对大 鼠的实 
验中, 未见到 对尿量 及尿钠 的排出 有明显 影响. 

(二) 抗 利尿药 

(1) 狭叶 铁线莲 (山 蓼, Clema bis Hexapetala, 与威灵 仙同属 ): 狭叶 铁线莲 煎剂及 浸剂对 大鼠、 
小 鼠及豚 鼠均有 显著的 抗利尿 作用, 50% 煎剂 0.2lil 约相当 于垂体 后叶素 0.1 单位的 抗利尿 效果, 其 作用时 
间 较后叶 素长. 此种作 用可能 与血压 降低, 和肾血 管收缩 有关. 

(2) 甘草: 甘 草中含 三萜类 化合物 甘草甙 (甘草 甜素) 和甘草 次酸。 甘草 浸膏、 甘 草粉、 甘草 甜素、 
甘草次 酸均有 去氧皮 质酮样 作用, 能使多 种动物 尿量及 钠排出 减少, 钾排出 增加. 甘 草皮质 激素样 作用的 
机理, 尚待 进一步 研究. 

(三) 使异常 下降的 渗透压 调节点 正常化 的方剂 

《伤 寒论》 中 的五苓 散证, 根 据文献 和资料 表明, 该证 的发生 主要在 于先有 汗出. 吐泻、 攻下等 原因所 
致 的伤津 失氷, 在 此基础 上引起 的机体 复杂应 激反应 和调节 失常, 从而导 致的既 有伤津 失水, 又有 水液内 
蓄的复 杂病理 改变。 即 体内的 水分偏 在于胃 内或组 织间, 而血 中水分 减少, 产生 口渴. 给予 五苓散 (由桂 
枝、 白术、 猪苓、 茯苓、 泽泻 组成) 后多饮 暖水, 服 后出汗 为病情 向愈的 指证, 说明 五苓散 具有使 偏在的 
水 分返回 血中的 作用. 研究 表明, 五苓散 的药理 作用, 在于使 异常下 降的渗 透压调 节点正 常化. 另有 研究表 
明. 五苓散 对大鼠 尿量及 尿钠排 出未见 明显的 影响. 

(四) 影响 钙代谢 的中药 



— 2M — 



(1) 阿胶 (见前 ) 

(2) 白 茅根: 白茅 根含钙 较多, 有 促凝血 作用. 

(3) 中药输 液剂: 中药 输液剂 正在研 制中, 试用 于临床 的有增 液针及 养阴针 两种. 经化 学分析 发现, 
上 述两种 针剂中 含有: 葡 萄糖、 NaCl. 果糖. 蔗糖、 半 乳糖、 甾体、 皂甙等 化合物 及钾、 钙、 镁、 铝、 银、 
铜、 铁. 铅等 元素. 这 些物质 的药理 作用, 可 能即中 医学的 救阴和 保津部 分内容 (增 液针: 玄参、 麦冬、 生 
地各 100g 研制成 10% 供 静脉注 射用的 等渗液 3000ml; 养 阴针: 玄参、 麦冬各 100 g, 生地 50g 研制成 
等渗液 ). 



一、 概 述 

正常人 血液的 酸碱度 ( P H) 总是变 动在很 小的范 围内。 血液 酸碱度 的相对 恒定是 机体逃 
行正常 生理活 动的基 本条件 之一。 体内每 天在代 谢过程 中产生 的酸性 和碱性 物质, 或从^ 化 
道吸 收的酸 性或碱 性物质 不断地 入血, 必然 会影响 血 液的酸 碱性。 可是, 人体内 具有一 整^ 
调 节酸碱 平衡的 机构, 可以在 一定限 度内使 血液的 酸碱度 化仍能 恒定在 pH 7.35〜7.45 之 
间 * 正常 人血液 pH 值之所 以能够 稳定, 首先 就是依 赖于血 液内一 些酸 性和碱 性物质 以一定 
的比例 构成的 缓冲系 统来完 成的; 而这 种比例 恒定, 又有 赖于肺 和肾等 的调节 作用, 把过剩 
的酸碱 消除, 使体内 酸碱度 保持相 对平衡 。机 休这种 能够处 理酸性 和碱性 物质的 含量与 比例, 
维 持血液 pH 值 在正常 恒定范 围内的 过程, 称为正 常酸碱 平衡。 • ' 



从 上式中 可见, 正常 体内就 是 这样不 断产酸 入血耗 碱或产 碱入血 耗酸, 血液中 缓冲对 
(主 51 是 〔HC0 3 _〕/〔H 2 C0 3 〕 比值 (pH 值) 不 断偏离 正常, 通过 肺和肾 的作用 精确地 调整缓 
冲对的 "分母 "和" 分 子", 使已 偏离正 常的比 值不断 向正常 转化。 "产" 与" 排" 这 种矛质 互相对 
立, 又互相 统一, 使机体 能够保 持正常 的生命 活动。 一 

二、 体内酸 性和碱 性物质 的来源 

休内酸 性和碱 性物质 有三个 来源: 代 谢中产 生的, 自食物 及消化 液中吸 收的。 代 谢中产 
生 的酸和 碱是体 内酸、 碱最 重要的 来源, 因而 下面着 重讨论 代谢中 酸碱的 生成。 
(一) 生成酸 

凡能 释放出 氢离子 (H+) 的物 质, 叫 做酸。 食物 中糖、 脂肪、 蛋白质 , 化 分解的 主要最 
终产物 之一是 C0 2 。 C0 2 溶于体 浪中, 与水 结合生 成碳鲛 (C0 2 + H 2 0— H 2 C0 3 )。 成 年人即 
使 在安静 状态下 组织细 胞产生 CO, 的量 也是相 当可 观的, 平均每 天可有 300〜400 升左右 



第五节 酸 碱平衡 



正常 条件下 




正 ,常 酸碱平 、衡 



血液缓 冲物质 k 度正常 血液 酸、 碱正常 

(如 。0 2 结 合力为 25〜31 (pH 7.35〜7.45) 
mEq/L) 



— m 一 



( 相当于 13〜18 摩尔 H 2 C0 2 )。 fT :何情 况引起 代^ 速度的 增强, 都可使 CO, S 显著^ 加。 由 
于 碳殴可 以通过 呼吸作 用变成 气 态的 C0 2 , 由肺 郜排出 体外, 所 以碳酸 是挥发 性酸。 

此外, 糖、 脂肪、 蛋白 质代谢 过程中 还产生 许多其 他酸性 物质, 如 乳酸、 丙 酮酸、 乙銑 
乙酸、 P -羟 丁酸、 硫酸 (由含 硫的氛 基酸^ 化 生成) 和磷酸 (由 磷脂、 核蛋 白分解 产生) 等。 
因此, 一般认 为糖、 脂肪和 蛋白质 都是" 成酸食 物"。 这些 酸类不 象碳^ 那样可 变成气 体由肺 
呼出, 故 属非挥 发性酸 或称固 定酸。 固定 酸经肾 脏随尿 液排出 体外, 估 计正常 人每天 从固定 
酸 产生的 H+ 的 数量约 50〜90 毫 当量。 

(二) 生成碱 

凡 能结合 氢离子 (H+) 的 物质, 叫 做碱。 蔬菜 和水果 等含冇 较多的 盐类, 如柠檬 酸钧、 
K 2 HP0 4 、 以及 NaHC0 3 等。 当柠檬 酸钾吸 收入身 体后, 在代 谢过程 中柠檬 酸钾可 转変成 
KHC0 3 。 而 KiHF0 4 和 NaHCO 本身就 是碱性 物质。 因此, 一般认 为蔬菜 和水果 都是" 成碱 
食 物"。 此外, 在蛋白 质代谢 过程中 也产生 碱性物 质如氨 (NH 3 ) 和有机 胺等, 但其量 很少。 

吃 普通饮 食的正 常人, 体内物 质代谢 每天产 生的酸 性物质 比碱性 物质多 得多。 因此, 酸 
性物 质必须 不断地 从体内 排出, 这 是维持 体内正 常酸碱 平衡 的关键 问题。 

三、 血 液的缓 冲作用 

在 正常条 件下, 一方面 体内产 酸多于 产碱, 过多的 ^性物 质首先 入血, 经 血液的 缓冲和 
运输, 才 熊从肺 (呼出 co 2 ) 和肾 排出; 另一 方面, 在细 胞代谢 中产生 的酸、 碱性的 中间代 

谢 产物也 需经血 液运输 而分送 至全身 其他细 胞以进 一步的 代谢。 在 正常条 件下, 尽管有 X 量 
的 酸性物 质进入 血液, 但 血液的 酸碱度 (pH 值) 并不因 此而发 生显著 改变, 总是 保持在 pi- 1 
7. 4 左右。 这 是因为 血液中 含有许 多缓冲 物质的 缘故。 

1. 血液 中的缓 冲物质 及其缓 冲作用 由于 血液中 含有多 种缓冲 物质, 故血 液有较 强的缓 
冲酸、 碱的 能力。 血液中 含有的 缓冲物 质均为 弱酸与 该弱酸 的盐所 组成。 血液 中的缓 冲体系 
有: 

Na- 蛋白质 Na 2 HP0 4 

KHb〇 2 KHb_ K 2 HP0 4 
~HHb0 2 ~ ; HHb~ ! "KH^OT 

若有 少量酸 (H+) 进入 血浓, 则缓冲 体系中 的酸根 离子与 H+ 结合 生成 弱酸, 使 H + 浓 
度不 致发生 明显的 改变。 反之, 若有 少量碱 (OH-) 迸入 血液, 则 血液中 原来所 含有的 FT- 
浓 度因与 OH- 中和而 减少, 此时血 液中未 电离的 弱酸分 子就趋 向电离 而生成 H+, 使 血液中 
的 H+ 浓 度得到 部分的 恢复, 也就 是使 H+ 浓度不 致于因 为加入 0H- 而有 显著的 变化。 血液 
就是 这样, 靠着 其中的 弱酸分 子与弱 漦盐中 的酸根 离子的 作用, 使血 液本身 能够维 持它的 H + 
浓 度不发 生明显 改变。 当然, 如果外 加的酸 或碱量 过大, 超 过血液 的缓冲 能力, 则 血液的 
pH 值也就 不可避 免地出 现显著 变化。 

血桨中 的缓冲 系统绫 冲酸、 碱 的化学 反应是 非常迅 速的, 进入 U 液中 的酸、 碱性 物质几 

乎在 瞬间就 能被缓 冲掉。 此外, 在红细 胞内液 中的缓 冲系统 (如 和… igf^ 一等) 也 



. NaHC0 3 
血 浆中为 

红细胞 : 力 



能 通过细 胞內、 外的离 子转移 作用, 参 与缓冲 作用。 例如, 当酸中 毒时, 细 胞外^ !中的 离 

子可 进入细 胞内, 而 细胞内 液中的 K+ 离子则 移出细 胞外, 从而达 到缓冲 的目的 。然而 这种离 

子转移 过程是 比较缓 慢的, 往 往需要 2〜4 小 时才能 完成。 

在 正常条 件下, 由 于酸性 或碱性 物质不 断进入 血液, 因 而血中 的缓冲 物质中 〔盐〕 / 〔酸〕 
的比值 也就不 断发生 变化。 例如, 酸 性物质 入血, 使比值 变小; 碱 性物质 入血, 使其 比值变 
大。 血 液中缓 冲物质 的量毕 竞是有 限的, 只有在 肾和肺 的协同 作用下 ,缓冲 物质中 〔盐〕 / 〔鲛〕 
的比 值不断 向正常 转化, 缓冲作 用不断 进行, 才 能维持 血液的 正常酸 碱度。 

2. 血浆 中碳酸 氢盐缓 冲体系 血浆 中以碳 酸氢盐 缓冲体 系最为 重要, 它对 固定鲛 的缓冲 
发 挥主要 作用。 这是 因为: ① HC0 3 _ 的含量 较其他 缓冲体 系高; ② HC0 3 _ 浓度为 H 2 CO s 浓 
度的 20 倍, 所以对 酸的缓 冲能力 特别强 ,这 与人体 代谢产 生的酸 远多于 碱的生 理情况 也是相 
适 应的。 ③ HC0 3 _ 与 H 2 C0 3 的浓 度易于 调节。 H 2 C0 3 浓度可 通过肺 部呼出 C0 2 的 多少加 
以 调节, 而 HC0 3 _ 的浓 度可通 过肾脏 对其以 多保留 或少保 留的方 式进行 调节。 

血浆中 〔HC0 3 _〕/〔H 2 C0 3 〕 的正常 比值为 20/1。 正常 人血浆 pH = 7.4 时, 血浆 〔HCO 厂〕 
约为 2 7 毫当量 / 升, 〔H 2 C0 3 〕 约为 1.35 毫当量 / 升, 二者 比值为 27/1. 35 = 20/1。 血浆的 pH 
值可根 据享德 森一哈 塞尔巴 赫方程 计算: 

pH = P Ka +l0g 〔〔=:〕〕 ^^^^^p 
式中 pKa 值为 6.1(37t 时), 正常 人血浆 pH 值为 

pH = 6.1 + lo g ,l^ 

=6. ! + log-^- ' 

=6. 1 + 1. 3 
= 7.4 

由上式 可见, 如果 HC0 3 _ 浓度 增高或 H 2 C0 3 浓度降 低, 则 pH 值 增高, 血液 变碱。 反 
之, 如 HC0 3 _ 浓度 降低或 H 2 C0 3 浓度 增高, 则 pH 值 降低, 血液 变酸。 只要 〔HC0 3 _〕/〔H 2 
C0 3 〕 比值维 持正常 (即 20:1), 血浆 pH 可 维持在 7.4 不变。 

3. 血浆二 氧化碳 结合力 由于血 浆中的 HCO_ 3 在维 持酸 碱平衡 中起着 特别重 要的作 
用, 因此 临床上 很重视 血浆中 HCO 厂 含量的 测定。 11<30 3 _本 身为碱 (抗 酸成分 ), 因 此也有 
人将血 浆中 HC0 3 _ 的 含量, 称为" 碱储 量"。 实验 室中, 血浆中 HC0 3 _ 含量的 测定原 理是: 
将血浆 加鲛减 压后, 使 其中的 HC0 3 _ 转变成 C0 2 放出, 然后测 定血浆 中所释 放出的 CO t 量, 
由此 推算出 血浆中 HC0 3 _ 的 含量。 因此, 根据 其测定 原理, 血浆碱 储量又 可称为 "血 浆二氧 
化 碳结合 力", 后 者在临 床上应 用更为 广泛。 

减压 

HC0 3 " + H+ ~~ > H,CO, ~ >C0 2 T +H 2 

(血 浆中) (试验 中加入 的酸) (不 稳定) 
1 克当量 22. 4 升 (摩尔 体积) 

1 毫 克当量 22.4 毫升 

血桨二 氧化碳 结合力 (即 血浆中 HC0 3 -的 含量) 有 两种表 示法: 



一 m — 



(!) 以 毫当量 / 升 表示, 指每 1 并血^ 中含有 HC0 3 _ 的毫当 量数, 正 常值为 25〜31 毫当畺 / 

升。 

② 以 (:0 1 体积% 表示, 指每 100 毫 升血浆 含有的 HC0 3 _ 在 加酸、 减压的 条件下 ,释放 
出 00 2 的 毫升数 (换 算成 010、 760 毫米 汞柱下 所占的 体积) 正 常值为 56〜69 体 积^。 

四、 肺脏对 酸碱平 衡的调 节作用 

在一 般情 况下, 体内 不断产 生的大 量酸性 物质, 经过 血液的 缓冲作 用后, 血中 H 2 CO s 浓 
度不断 增高, 只 有从血 液中排 出不断 产生的 H 2 C0 3 , 血 液的缓 冲作用 才能得 以维持 《= 肺通过 
多 呼出或 少呼出 (:0 2 的 方式, 可精 确地调 节血中 H 2 C0 3 的 浓度。 

代谢中 产生的 C0 2 入血 可生成 碳鲛, 使 血中碳 酸浓度 增高; 代谢 中产 生的其 他各种 非挥发 
酸, 经过 血液缓 冲后, 使 血浆中 HC0 3 _ 浓度 减少而 H 2 C0 3 浓度增 多, 致 〔'HC0 3 _〕/〔H 2 CO s 〕 
比值 变小, pH 值随之 降低。 此时, 血中 H 2 C0 3 分解 增强, 提高 了血中 C0 2 的 浓度。 血中 
CO, 分压 增高和 pH 值的降 低, 均可 刺激 呼吸 中枢, 引起呼 吸加深 加快, 从而呼 出更多 CO s , 
使 H 2 C0 3 浓度 降低, 致使 〔HC0 3 _〕/〔H 2 C0 3 〕 接近于 20/1 的正常 比值, pH 值 也就恢 复至正 
常范围 e 

在 体内, 若碱 性物质 入血、 经血液 缓冲后 使血中 H 2 C0 3 浓度 减少, 同时 HC0 3 _ 浓度增 
加, 〔HC0 3 _〕/〔H 2 C0 3 〕 比值 变大, 即 pH 值 升高。 此时, 由于 H 2 C0 3 浓度已 降低, 使血中 
H t C0 3 分解 减弱, 从而就 降低了 血浆中 C0 2 的 浓度。 血中 C0 2 分压 降低和 P H 值的 升高, 
对呼吸 中枢' 有抑制 作用, 呼 吸变浅 变慢, 尽 量少排 C0 2 , 以增 加血中 H 2 C0 3 浓度, 致 使比值 
接近于 20/1 的正常 比值, pH 值也 就恢复 至正常 范围。 

可见, 肺 是通过 多呼或 少呼出 C0 2 的 方式, 精确 地调节 着缓冲 对的" 分 母", 使缓 冲对的 
的比 值恢复 正常, 以维持 血液的 pH 值在相 对恒定 的范围 之内。 肺 的调节 作用也 是较迅 速的, 
在正常 情况下 10〜30 分钟 内即可 完成。 

五、 肾脏对 酸碱平 衡的调 节作用 

肾脏 的主要 作用是 排出固 定酸, 保留 并维持 血中碱 储量, 从 而调节 血液的 pH。 
在正常 代谢过 程中, 人体 产生大 量酸性 物质, 在血液 中被缓 冲时, 消耗了 大量碳 酸氢钠 
(需重 新生成 ); 同时, 人体每 日从肾 小球滤 $ 了 一定量 (约 300 S) 的碳 酸氢钠 (需重 吸收) 

由这两 种途径 损失的 NaHC0 3 , 只 有恢复 之后, 才能维 持体液 的酸碱 平衡。 肾 脏调节 和恢复 

细 胞外液 NaHC0 3 的 浓度主 要是通 过以下 方式进 行的。 

1. 碳酸 氢钠的 重吸收 每 日通过 肾小球 滤过的 NaHC0 3 约有 90% 在近曲 小管和 10% 

在 远曲小 管被重 吸收。 肾 小管并 不是简 单的将 NaHC0 3 重 吸收, 而 是通过 复杂的 变化, 并需 

要碳 酸酐酶 参与。 

肾小管 细胞内 含有碳 酸酐酶 (CA), 能催化 C0 2 和 H 2 生成 H 2 C0 3 ,H 2 C0 3 又 进一歩 
n 勺 解离成 H + 和 HC0 3 -。 

C0 2 + H 2 0«-^- >H 2 C0 3 ~~ >n + + hco 3 - 

解 离出的 H+ 被近曲 小管, 远曲 小管及 集合管 上皮细 胞管腔 膜上 的氢泵 (Proton Pump, 
即 HCOr- ATP 酶), 在 耗能的 情况下 分泌到 管腔, HC0 3 _ 则仍 留在细 胞内。 H+ 分泌 到管腔 
和' t^iiu^i 的 Na+ 进行 交换, 称 H+-Na+ 交换。 换回的 Na + 可与肾 小管细 胞中的 HCO s _ 结 



合生成 NaHC0 3 而被重 吸收入 血液。 NaHCO s 中 Na+ 是 逋过管 周膜上 钠泵的 作用主 动向血 
浪 转运, HC0 3 _ 则 是被动 吸收。 肾小 管细胞 分泌的 H+ 换回管 腔液内 NaHC0 3 中的 Na+, 则 
管腔 液中的 NaHC0 3 转变为 H 2 C0 3 , 后者 分解为 (:0 4 和 H 2 0, 扩 散入细 胞内, 这样 管腔浪 
的 NaHC0 3 可因而 消失。 总 的结果 相当于 滤出的 NaHC0 3 被重吸 收于血 液中。 

2. 碳酸氢 钠的重 新生成 当 体内固 定酸过 多时, 碱 量明显 减少, 管腔 液中的 NaHCO s , 
即使全 部重新 吸收, 仍 不足以 恢复正 常的碱 储量, 则必 须通过 肾脏重 新生成 NaHC0 3 , 以补 
充其 不足。 NaHC0 3 可通过 以下途 径在远 曲肾小 管重新 生成。 

① 管腔 液内缓 冲盐的 酸化: 这是细 胞外液 NaHC0 3 重 新生成 的一个 途径, 也是尿 液酸化 
的途径 。当血 中碱储 不足, 管腔 液流经 远曲小 管时, 管 壁细胞 排泌的 H+ 可 与管腔 液内缓 冲盐中 
的 Na+ 进行 H+-Na + 交换, 例如, 与 Na 2 HP0 4 /NaH 2 P0 4 缓冲盐 反应, 则 Na 2 HP0 4 变为 NaH a 
P0„ 在 Na 2 HP0 4 中被 H+ 交换 出来的 Na+ 进入 肾小管 细胞, 伴同 HC0 3 _ 重返 血液。 新生 
成的 NaHC0 3 就可以 补充因 缓冲固 定酸所 耗去的 NaHC0 3 。 除 磷酸盐 可接受 肾小管 排泌的 
H+ 外, 在正 常尿液 pH 范围内 (4. 5〜8.0) 有机 酸盐如 柠檬酸 根和酮 症酸中 毒时的 P- 羟丁酸 
根均 能接收 肾小管 排泌的 H+ 形 成铰, 从尿中 排出。 交换 出来的 Na+, 亦随 HC0 3 _ 重新 入血, 
以 补充缓 冲酸所 耗去的 NaHC0 3e 所以, 管腔液 中缓冲 盐的酸 化是因 缓冲酸 所耗去 NaHCO a 
重新 生成的 途径。 

由于肾 小管远 端管腔 液中, 绝 大部分 Na z HP0 4 转变成 NaH 2 P0 4 , 使管 腔液的 pH 值由 
7.4 降至 4. 8, 故 磷酸缓 冲盐的 鲛化又 是尿浪 酸 化的重 要途径 之一。 管 腔液中 有机酸 盐接受 
肾小球 管细胞 排泌的 H+ 后, 变成有 机酸, 用下 式可以 表示: 

NaA + H + ~ > HA + Na+ 
(管 腔液) (由 尿 排出) (重新 入血〉 
NaA 代 表有机 酸盐; HA 代表有 机鲛。 这是尿 液酸化 的又一 途径。 

② 肾脏 的排氨 作用: 肾 脏的排 氨作用 是重新 生成因 缓冲固 定酸所 耗去的 NaHC0 3 的一 
个 途径。 虽 然它也 是通过 H+-Na+ 交换进 行的, 但 只冇在 肾小管 细胞中 生成的 1^11 3 扩 散至管 
腔 液的情 况下才 能进行 H+-Na + 交换, 实 际上是 NH 4 + - Na+ 交换。 

NH 3 在 肾小管 细胞中 形成。 血中谷 氨酰胺 进入肾 小管细 胞内, 经谷 氨酰胺 酶催化 而释出 
NH 3 , 这是 NH 3 的主要 来源。 氨基酸 也可以 氧化脱 NH 3 。 生成的 NH 3 被扩 散入管 腔液, 
NH 3 与肾小 管细胞 排泌的 H+ 结 合生成 NH 4 +, NH 4 + 不能被 重吸收 而与管 腔液中 强酸盐 (如 
NaCl, N a2 S0 4 等) 的 负离子 (C1T、 SO 广等) 结合生 成酸性 的铵盐 〔如 NH 4 C1、 (NH 4 ) 2 S〇 4 

等〕, 随尿 排出。 而强 酸盐的 正离子 Na + 在与 H+ 交换 时进入 肾小管 细胞, 伴同 hco 3 _ 返回 4 

血液, 从 而补充 因缓冲 固定酸 耗去的 NaHC0 3 。 NH 3 的分 泌量随 尿液的 pH 而 变化, 尿液酸 
性 越强, NH 3 的分泌 越多。 

肾 脏通过 上述的 H+-Na+ 交换 和分^ NH 3 的方式 ,使 血中从 肾小球 滤过的 以及由 缓冲固 
定^ 而 消耗的 NaHC0 3 得到 恢复。 若血中 NaHC0 3 浓度超 过 28mmol/L 则 NaHC0 3 重吸 
收 减少。 

图 13- 3 中表示 了肾脏 调节敌 ^平 衡时 的四种 反应: (DH + -Na + 交换; ② 碳酸 氢盐以 
CO, 的形式 自管腔 液中重 吸收; ③ NH 3 的 形成及 排出; ® 分泌的 H+以 厂和 NH{ 等 
形式 排出。 

. 上面阐 明了酸 碱平衡 调节 的三个 环节。 首先 是血液 的缓冲 作用, 其反应 迅速, 但 缓冲能 



- 300 — 



力 有限, 不能持 续发挥 作用。 肺的调 节较血 液的缓 冲作用 稍慢, 但只 能调节 H z C0 3 的 浓度。 
肾的调 节虽然 最慢, 但维 持最久 (可 达一周 ), 其作用 最强, 特别 是对固 定酸及 过多滅 性物质 
的排出 完全依 靠肾的 功能。 血液的 缓冲, 肺 及肾的 调节, 三 者在生 理或病 理的状 态下都 是互 
相 联系的 过程, 其目 的就是 排出酸 和碱性 代谢^ 物, 保 持体液 pH 的稳定 (参 见图 1 3 _4)。 



ff 小管 B 



iti 桨的 iSS: 

Na* CP 
HP05-.HC0 



管屑 K 



Tf 小 5 上皮 SlEft 




血液 



-^^ 



♦ 

HjCOj 
C0 2 + H 2 



[ "献 & 1 



H$ 二乾 



谷 SStBJ 

s 和谷氨 



HCOJ 



图 13-3 肾脏 在调节 致碱平 衡中的 主要四 种反应 



敌- 



HjOOs' 



信. 




产 钱物质 〜酸 

产 i|< 物质 •* ^戈 



排酸 f 

'(保 留碱 f〉 



v [kC0 3 "J 20 , 



(胃 肠道〉 





排酸 r 



HCOJ120 



(血汝 ) 

图 13-4 人体酸 碱平衡 调节图 



— 301 — 



4 六、 酸碱平 衡紊乱 



酸中 毒是由 体内堆 积过量 的酸或 由体内 损失碱 所导致 的一种 不正常 情况。 同 样地, 碱中毒 是由于 体内堆 

积了过 量的碱 或损失 了酸所 造成的 一种不 正常情 况. 正 常酸和 碱的量 按公式 

IT v , , 〔BHCO,〕 
PH = pKa + lg L 〔 H : C0 ;〕 」 

计, 〔〔^^^ 3 3 〕〕 一的 比率为 卩1"1为7.35〜7.45。 在 酸中毒 或碱中 毒时, 此 比率可 以几乎 不变. 若酸中 

毒 是由分 母增高 引起, 则分 子相应 的增高 使其比 率几乎 不变; 若由 于碱的 损失, 即分子 减小, 则分母 相应的 
减小亦 达同样 效果。 与此 相似, 在碱中 毒时, 由 于碱量 增多, 则 代偿性 地增加 碳酸的 保留; 并 且在分 母降低 
时 分子亦 变小. 在上 述的这 四种情 况下, 分子、 分 母的比 率基本 不变, 则 pH 几乎 不变, 此为 代偿性 的酸中 
毒或碱 中毒, 当比率 改变使 pH 超出 正常范 围时, 叫做非 代偿性 的酸中 毒或碱 中毒。 当 pH 越 出正常 界限之 
前, 碳酸 氢盐或 H 2 C0 3 的绝对 量早已 发生了 改变。 下 面分别 对酸碱 平衡紊 乱加以 介绍。 

1. 代 谢型的 酸中毒 (原发 型的碱 不足) 原发 性的碱 不足是 当酸的 产生、 吸 收及保 留增加 时引起 碳酸氢 
盐的 减少, 酸的 增加多 见于糖 尿病、 饥饿、 剧烈腹 泻及某 些其他 的代谢 紊乱。 例如, P- 羟丁酸 不能正 常地被 
利用 而消耗 碱储; 胃 病时口 服盐酸 亦消耗 碱储; 婴儿腹 泻使碱 丟失, 肾 炎时, 肾 排酸量 不够, 甚至保 留酸. 
以 上情况 使得原 发性碱 减少。 除肾炎 时保留 酸外, 原发 性的碱 减少则 导致尿 中排酸 增加, 尿中氨 增多, 呼吸 

增加 以促二 氧化碳 排出, 所 有这些 代偿机 制有助 于保持 ^coj 的正 常比值 》 若比 值基本 不变, 则能使 

pH 保持在 正常范 围内, 叫做代 偿性代 谢型酸 中毒; 反之, 为非代 偿性代 谢型酸 中毒, 此时 pH 降低, 病人发 
生 昏迷. 

2. 代谢型 碱中毒 (原 发性碱 过剩) 吸收 过量的 NaHC0 3 , 使 碳酸氢 盐缓冲 对中的 NaHC0 3 部 分单独 
增加; 由于 体内损 失酸, 如幽 门梗阻 时剧烈 呕吐, 均可 产生代 谢型^ 中毒。 其 代偿机 制是由 肾排出 过量的 
碱 (HCO,_), 同时降 低氨的 形成, 呼吸 变慢使 C0 2 排出 减少. 若这 些生理 性的代 偿是满 意的, 则 能保持 
pH 低于 7.45, 即极少 有不幸 的症状 出现. 若是 非代偿 性的, pH 髙于 正常, 则碱中 毒是严 重的, 并 可发生 
抽搦。 除严重 的碱中 毒外, 其他原 因亦可 抽搦, 应 当予以 鉴别。 通常当 NaHC0 8 高于 30m mO l/L 时, pH 高 
于 7. 45, 则很 少能被 代偿. 

3. 呼 吸型的 酸中毒 (原 发性的 CO, 过剩) 呼吸型 酸中毒 可由呼 吸阻塞 或抑制 引起, 前 者见于 肺炎、 气 

管阻 塞及肺 气肿; 后者源 于中毒 量的吗 啡或其 他呼吸 抑制剂 。在 这种情 况下常 常缺氧 的威胁 比酸中 毒大, 但 
它是 一种酸 血症, 其代 偿机理 是增加 肾重吸 收碳酸 氢盐, 增加尿 的酸性 及排氨 增多。 呼吸型 的酸中 毒时, 与 

代 谢型的 酸中毒 相反, 血浆中 NaHC0 8 却是代 偿性的 增高。 此种酸 中毒亦 有代偿 性的和 非代偿 性的, 

4. 呼 吸型的 碱中毒 (原 发性的 C0 2 减少) 它是因 在某些 不正常 的情况 下呼吸 中枢受 刺激, C0 2 排出过 
多所 引起, 以 前常见 的是在 发烧及 热水浴 的两种 情况下 发生, 但 新近的 观察者 更注意 的是另 外两种 情况: 一 
种是生 活在高 海拔地 方的缺 氧者, 其呼 吸率的 增加, C0 2 排出 加快; 另一 种是担 心或癔 病者, 这种精 神状态 
引起 通气量 增加。 以上 两种情 况可在 飞机的 乘客身 上同时 见到。 呼 吸型碱 中毒常 由减少 尿氨的 形成及 增力口 
碳酸 氢盐的 排出 而进行 代偿. 呼吸 型中毒 虽为碱 中毒, 但与代 谢型的 碱中毒 相反, 血浆中 NaHCO, 是降低 
的. 

从以 上所述 的情况 考虑, 若在酸 或碱中 毒时, 只测定 碱储, 就不能 反映出 中毒情 况的真 实性' 有 时还需 
要测定 pH 等. 例如, 在非 代偿性 呼吸型 的碱中 毒时, 由 于挥发 性酸的 丟失' 引起碱 血症' 为 了代偿 减少的 
碳酸, 如前 所述, 就增加 NaHC0 3 的 排出。 因此, 产生 血浆中 NaHC0 3 较 低的碱 血症。 另一 方面, 在一种 
非代 偿性的 (:0 2 过 多时, 机体 企图代 偿时, 就产生 弁贮藏 NaHCO,, 实际 上血液 较酸, 但 NaHCO, 却有增 
加, 这些 虽是非 常见的 病例, 但却 是很重 要的. 一个好 的临床 病史对 确定紊 乱的原 因是非 常有帮 助的' 改血 



一 302 — 



症或 碱血症 应分别 参考低 的或^ 的 PH. 

确 定酸中 毒或碱 中毒的 类型是 根据尿 PH 测定. 血浆 HCO,_及H 2 CO, 浓度的 结果, 但这 些测定 尽可能 
立即 在代偿 改变前 完成, ' 

"七、 酸碱平 衡的临 床指标 

临床上 为了正 确了解 酸碱平 衡状况 ,至少 要测定 尿液的 PH 和 血浆的 HC0 3 _ (即 C0 2 CP)。 

两个 指标, 在 病史已 知的条 件下就 可决定 四型的 紊乱, 即呼吸 性酸中 毒和碱 中毒、 代谢性 的酸中 毒和碱 
中毒。 但在 呼吸紊 乱稳定 状态, 血浆的 pH 将是正 常的。 所 以测定 尿液的 pH 和 血浆的 HCO s _, 并不 能反映 
酸 搣平衡 的全部 状态. 为 较全面 地了解 体内酸 碱平衡 情况, 下面 介绍几 种临床 指标: 

1. 二氧化 碳分压 (P C02 ) 它是 反映呼 吸性酸 碱平衡 的重要 指标, P C02 指 血浆中 溶解的 C0,。 正常人 
动脉血 P C0 : 为 33〜47mmH g 。 平均为 4 0mmH g 。 呼 吸性碱 中毒时 Pc 02 低于 正常; 呼 吸性酸 中毒时 P C02 高于 

正 常.、 在代谢 性酸、 碱中 毒时, 可分 别低于 或高于 正常. 

2. 二 氧化碳 结合力 (CO,CP) 指 25°C、 P C02 为 40mmH g 的条 件下, 100ml 血 浆中以 1100 3 _形 式存在 
的量 (即 碱储量 )。 以 标准状 况下的 ml 数表 示时, 正 常值为 50〜 7 0ml/dl ( 22 . 3 〜 3 1. 4 mEq/L)。 

CO, CP 在代 谢性酸 中毒时 降低, 碱 中毒时 增高; 相 反在呼 吸性酸 中毒时 C0 2 CP 增高, 碱 中毒时 降低. 

3. pH 值 指没 有分离 血细胞 的血浆 pH, 正常人 动脉血 pH 值为 7.35〜7.45, 平 均值为 7. 40. pH 值低 
于 7. 35 为酸 中毒, 高于 7. 45 为碱 中毒。 此指 标不能 区别代 谢性还 是呼吸 性的酸 碱平衡 紊乱. 

4. 缓冲碱 (BufferBase; BB) 缓冲碱 有全血 的和血 浆的。 全血缓 冲碱是 全血缓 冲剂负 离子浓 度的总 
和, 包括血 浆和红 细胞内 的碳酸 氢盐、 血红 蛋白、 血浆 蛋白及 血浆和 红细胞 中的磷 酸盐, 其中最 主要的 是血红 
蛋白 和碳酸 氢盐。 正 常值为 45 〜 52 mEq/L. 全血 BB 不受 P C02 的 影响, 例如当 P C02 增 高时, H 2 C0 3 增加, 
H,CO ,可 被血 红蛋白 (A- ) 等 负离子 缓冲, 此时 A- 的减 少量和 HCO,_ 的 增加量 相等, 故缓冲 剂负离 子的总 

浓度 不变。 、 

H 2 C0 3 +A- ~ >HA + HC0 3 - 

BB 也不受 血红蛋 白氧饱 和度的 影响. 因 Hb0 2 - 增加时 Hb- 则 降低, 反之 亦然, 故 Hb0 2 _ 加 Hb- 总量不 
变. 但全血 BB 可 随血红 蛋白的 浓度而 改变。 

血浆 BB 主要为 HC0 3 _ (24mEq/L), 其 次为血 浆蛋白 (约 l7mEq/L), 而 HPO," 浓 度很低 (2mEq/ 
L)。 血浆 BB 正 常值为 42mEq/L 左右。 

BB 比 HCO,- 更能全 面的反 映体内 中和固 定酸的 能力, 全血 BB 又 能反映 血液碱 储备的 总量。 当 代谢性 
酸中 毒时, BB 减少; 代谢 性碱中 毒时, BB 增加。 

5. 碱 多余和 碱缺失 碱多余 (BE) 是指在 P C02 为 40mmHg、38°C 、血 红蛋白 的氧饱 和度为 100% 时 的血液 
(全 血或 血浆) 用 酸或碱 滴定至 pH 7 . 4 时所需 的酸或 碱量, 用 毫当量 /L 表示。 若 需用酸 滴定表 示受测 血样缓 
冲碱 量高, 农示碱 多余, 用 BE 的正值 表示; 若需用 碱滴定 则说明 受测血 样缓冲 碱量低 ,即 碱缺失 (BD), 用 BE 
的负值 表示, 血 浆的正 常值为 0± 3 mEq/L。 BE 是观 察代谢 性酸碱 紊乱较 方便的 指标。 代谢性 酸中毒 BF, 为 
负值, 代谢性 喊中毒 BE 为 正值, BE 又可 直接用 来作治 疗上碱 剂输入 量计算 之用。 

6. 标准碳 酸氢盐 (SB) 与 实际碳 酸氢盐 (AB) SB 是全血 在标准 条件下 (血红 蛋白的 氧饱和 程度为 
100%. 温度 38 它、 Pew 为 4 0tnmH g 的 气体平 衡后) 测得 血浆中 HC0 8 -的含 量。 实际碳 酸氢盐 系指隔 绝空气 
采血, 分 离血浆 后不用 P C02 4 0mmH g 气体 平衡测 得的碳 酸氢盐 含量。 健康人 SB 与 AB 是相 等的, 正常值 
为 21〜27mEq/L. 平均为 24mEq/L。 AB〉SB 提示有 CO, 蓄积, 是 呼吸性 酸中毒 特征: AB<SB 表示 CO, 
呼出 过多, 有 呼吸性 碱中毒 存在, 两者相 等但均 偏低, 则为代 谢性酸 中毒; 均偏高 则为代 谢性碱 中毒, 

以上介 绍的是 酸碱平 衡紊乱 及其临 床生化 指标。 对酸 碱平衡 失常的 病人, 要诊治 确当, 首 先就要 进行临 
床生化 指标的 测定, 再结合 病史、 病情 才能作 出正确 的治疗 方尜, 以往 生化指 标的测 定步骤 复杂, 用^ 量 
大, 不易 进行, 现在 临床上 用血气 分析仪 测定, 操作 简便, 用血 量少, 这种 议器已 逐步被 广泛 使用. 



— 303 — 



'八、 某些 纠正酸 碱平衡 的药物 

1. 纠 正酸中 毒药物 

(0 乳 酸钠: 常用 1/Gm l/L(l. 9 %) 等渗溶 液静脉 滴注。 此 液主要 用于代 谢型酸 中毒, 乳酸钠 进入体 
内后, 首先 解离为 Na+ 及乳 酸根, Na+ 与水 分子的 OH- 结合为 NaOH, 或与 HC0 3 _ 结合成 NaHCO,, 起纠 
酸 作用. 

CH,CHOHCOONa + H 2 C0 3 一^ >CH 3 CHOHCOOH + NaHCO, 
乳酸钠 乳酸 
乳酸在 有氧条 件下, 可 在肝内 转化肝 糖元或 氧化后 释放出 能量. 因此, 重症 休克, 肝功 能不良 或新生 儿患者 
最好 不用, 以免因 乳酸堆 积而引 起乳酸 血症, 故此类 患者的 酸屮毒 宜以碳 酸氢钠 纠正。 

(2) 碳酸 氢钠: 常用 l/emol/L (1.4%) 等渗溶 液静脉 滴注. 碳酸 氢钠作 用快, 用 于治疗 严重的 代谢型 
酸 中毒. 但 碳酸氢 钠不能 用于呼 吸型酸 中毒. 因 NaHCO s 在体内 解离为 HCO,- 及 Na+, 钠留在 体内, 使酸 
中 毒得以 纠正. 而 HCO,- 可与体 液中的 H+ 结合成 碳酸, 碳酸极 易分解 成水和 C0 2 , C0 2 须从肺 呼出. 但因 呼 
吸 型酸中 毒时, 呼吸 障碍, CO, 呼出 困难, 故 在呼吸 型酸中 毒时不 能用碳 酸氢钠 纠正。 

(3) 三羟 甲基氨 基甲烷 (THAM): 是 一种弱 碱性有 机碱, 一种氢 离子吸 附剂, 与 H+ 结合 后由尿 排出, 
用于 纠正急 性呼吸 型或代 谢型酸 中毒, THAM 较 NaHCO^ 易透入 细胞, 与 H,CO, 解离的 H+ 结合, 而使 
细胞内 H 2 C0 3 浓度 下降, 更 有利于 纠正细 胞内酸 中毒, 生成的 HCO,_ 部分増 加体液 的缓冲 作用, 部 分由肾 

(CH,OH) s CNH:+H 2 CO,— (CH 3 OH),CNH 3 + + HC0 3 - 
脏 排出. THAM 为 不含钠 的碱性 溶液, 故对 不宜给 钠的病 人可以 应用. 等渗注 射液为 3.64%。 pij 作用: 可 
引起 静脉炎 或血栓 形成, 有时可 引起低 血压、 低 血钙、 低 血糖、 高血 钾等, 由于此 药由肾 排出, 故 肾功能 
不全 无尿时 禁用。 

(4) 谷 氨酸钠 溶液: 常 用者为 28.75% 溶液。 该溶液 在肝内 解离的 谷氨鉸 根能与 H+ 结合 成谷氨 羧 而起 
纠酸 作用. 此外, 谷 氨酸能 与血中 氨结合 成谷氨 酰胺, 产 生降低 血氨的 作用, 故 在临床 上常用 于肝昏 迷合并 
代 谢型酸 中毒. 类 似的制 剂有谷 氨酸钾 和谷氨 睃钙。 均 有降低 血氨的 作用。 

2. 纠正 碱中毒 的药物 碱中 毒患者 一般可 通过对 症治疗 或补充 适当的 生理盐 水即可 纠正. 在生 理盐水 
溶液中 Na+ 和 C1- 的浓度 相等, 故 其所含 C1- 较血 浆中多 1/3 左右, 故 较体液 (pH7.4) 相对为 酸性而 能纠正 
代 谢型碱 中毒, 有 利于肾 脏的排 碱保酸 作用。 但如 代澍型 碱中毒 为缺钾 所致, 则纠 正时必 须给予 KCl,NaCi 
治疗 无效. 只 有极严 重的病 例才用 NH«C1 治疗, 口 服每日 3〜6g, 静脉 滴注用 0.9% NH 4 C1 等渗 溶液. 

NH 4 Cl^NH + 4 + Cl- 

NH 3 +H + . 

HC0 3 " ~~ >H 2 0+C0 2 T (肺) 
NH*C1 在体内 解离成 NH+^Cr, NH 、中之 NH ,在肝 内合成 尿素, 经肾 排出. 剩余 Cl_ 与 H+ 结合成 
HC1, 可 中和体 液中的 HCO,_ 以 纠正碱 中毒。 用 NH*C1 时应注 意肝、 心 功能, 如肝功 异常、 右心 衰竭者 
禁用, 可用 精氨酸 代之, 



第 十四章 药 物的转 运与代 谢转化 

药物 的转运 与代谢 转化如 同细胞 进行正 常的物 质代谢 一样, 会涉及 到生物 膜的结 构与功 
能。 药物的 吸收、 分布、 排泄及 代谢等 体内过 程直接 影响到 药物在 体内的 效应。 因此, 生物 
膜的 结构与 功能对 药物的 疗效与 毒性有 着密切 关系。 药物 进入体 内会发 生生物 化学的 转化, 
多数药 物可在 体内转 化为毒 性或药 理活性 较小、 溶解度 增大而 且易于 徘泄的 物质。 也 有一些 
药物经 过体内 代谢转 化后, 其 毒性或 药理活 性改变 甚微或 比原来 更大、 溶解 度反而 变小。 现 
代的药 物代谢 研究, 就 在于了 解药物 在体内 的变化 过程。 本章仅 就药物 在体内 的转运 与转化 
加以 阐述。 

、 第 一节生 物膜结 构与药 物转运 

一、 生物 膜概念 

生 物膜一 般是指 覆盖在 动物、 植物、 微 生物等 细胞表 面的外 周膜或 称质膜 (浆膜 ), 以及 
在 细胞内 形成各 种细胞 器的如 核膜、 线 粒体膜 和溶酶 体膜等 细胞内 的膜性 结构。 它们 是由蛋 

白质、 脂 类以及 少量的 寡糖所 组成的 具有多 种功能 的动态 体系。 厚 度约为 60〜1G0 埃 (lA = 
10_ 8 cm)。 在真 核细胞 (Euka ry otic cell) 中, 膜结构 约占整 个细胞 干重的 70〜S 。 生命 
的基 本结构 和功能 单位一 细胞, 主要由 膜结构 组成。 它 们不仅 将细胞 内含物 与外界 隔开, 维 
持膜内 微环境 的相对 稳定, 而 且对细 胞内各 种生物 大分子 之间的 有序反 应和整 个细胞 的区域 
化提 供了一 个必需 的物质 基础。 在细 胞与外 环境之 间的相 互关系 上也起 着重要 作用。 诸如, 
遗 传信息 传递、 生 物能量 转换、 物质 转运、 激素和 药物的 作用、 神经 传导、 免疫 反应、 肿瘤 
的 发生及 诊断、 治疗 等无不 与生物 膜的功 能密切 相关。 

二、 生物 膜的化 学组成 及结构 . 

生物膜 主要由 脂质和 蛋白质 构成, 有的 还含少 量寡糖 与蛋白 质结合 形成糖 蛋白或 由寡糖 



表 14-1 


生物 膜的化 学组成 




生物膜 


蛋白质 (?& ) 




糖 (巧) 


13 稍 


18 


79 


3 


质膜: 血小板 


33〜42 


51〜58 


7.5 


人 红细胞 


49 


43 


8 


小鼠 肝细胞 


46 


54 


2〜4 


大 鼠肝细 胞核膜 


59 


35 


2.9 


线粒 体外膜 


52 


48 


2.4 


线粒 体内膜 


76 


24 


(1〜2) 


«莱 叶绿体 片层膜 


70 


30 




革兰氏 阳性苗 


75 


25 





— 305 一 



外周蛋 E4 

图 14-1 细狍 臟的 液态镶 嵌模型 

1. 膜脂 不同生 物膜所 含各种 磷脂含 量见表 14- 2。 此外, 有 的生物 膜还含 有胆固 醇及糖 
脂。 动物 体内的 大部分 脂质虽 是甘油 三酯, 但 甘油三 酯不形 成膜。 在高 等动物 的生物 膜中最 
多的 是磷脂 酰胆碱 (Phosphatidylcholine): 它以 甘油为 骨架, 甘油的 1 位与 2 位两 个羟基 
分别与 两条脂 肪酸链 生成酯 ,3 位 羟基与 磷酸生 成酯。 生物 膜中许 多磷脂 都是以 此结构 为基础 
的。 在同 一类磷 脂中, 脂肪 酸链的 长短和 不饱和 度是不 同的, 这 对生物 嫫的流 动性有 密切关 
系。 生物膜 上还有 一种鞘 磷脂, 是 以神经 鞘氨醇 (Sphingosine) 代替 甘油为 骨架, 仅 有一条 



表 14一2 



动 物生物 膜的磷 脂组成 (%) 



1 PC 

1 


PE 


CL 


II 


FS 


S>[ 


其 他 


核膜 


57 


26 





3.9 




6.3 


1.3 


大白鼠 
















线拉体 


41 


35* 


8 






2.4 


6.6 


rt 膜 


38 


38* 


10 


2 




0.8 


11.2 


外膜 


45 


30* 





8 




4.4 


12.6 


内质网 


59 


24* 





9 




4.2 


3.8 


滑面 


55 


22* 









12. 3 


3.7 


粗面 


60 


23 





9 




3.9 


4.1 


质膑 


43 


20 







4 


23 


3.0 


溶 酶体膜 


42 


21 





G 


.0 


16 


15.0 


高 尔基复 合体膜 


45 


17 





9 


4.2 


12 


12.8 



PC: 磷脂酰 胆碱: PE: 磷 脂酰乙 醇胺; CL: 心碑脂 
Pis 磷脂酰 肌醇; PS: 磷 脂酰丝 氨酸; SM: 神经 鞘瑭脂 
• 表 示含极 少量的 PS 



与尖 合形成 糖脂。 不同 生物膜 上的脂 质与蛋 白质所 占的比 例不同 (表 14-1), 范围 可以从 
1:4 到 4 :1。 一般 说来, 功 能复杂 的膜, 蛋白 质比例 较大, 如线粒 体内膜 含蛋白 质高达 70% 
以上; 功能 比较, 简单的 髓鞘, 其 膜含脂 量较高 (79%), 而蛋白 质仅占 18%。 

1972 年, Singer 和 Nicolson 提出的 "液 态镶嵌 模型" (Fluid mosaic model) 已 被世界 
学者 公认和 应用。 该模型 (图 表 明细胞 膜是一 个可塑 而易流 动的、 嵌有蛋 白质的 类脂双 
分子层 的膜状 结构。 




— 10« — 



脂肪 酸链以 酰胺键 与神经 鞘氨醇 相连。 糖 脂是神 经鞘氨 醇的衍 生物, 其 结构与 鞘磷脂 相似, 
只是 糖基代 替了磷 脂酰胆 碱而与 神经鞘 氨醇的 羟基相 结合。 糖脂 主要分 布在质 膜上, 量虽然 



»N(CH 3 )j 

CH 2 

CH 3 

O 
I 






=p-o- 




1 

o 




CH Z 


H 




EC 


-CH 


O 


O 


c=o 


1 

c=o 




(CH Q ) 7 


CH 3 


CH 




1 

CH 




(CH 2 ) 5 




CH } 




D" 半乳糖 



CH 2 OH 



N -乙酰 D- 7 
S 半乳搪 



一 CHjOH 



3> 半乳! 3 



H H 
N- 乙铁 神经氮 (糖 )^ 



n 



H- 



HO- 



H H- 



-€H 2 OH 



-H 



H- 

H H H O 



C — C — C — CPIj 

/ I I 

G OH NH 
I \ 
H C=0 



O 

Z 



尾 



< 



(神经 ) 粞氨筠 



»iS 节苷脚 



一 307 一 



很少, 却 具有多 种生理 活性, 如神经 节苷脂 (Ganglioside), 它是一 类膜上 受体。 

虽然生 物膜上 有各类 磷脂、 糖脂及 胆固醇 等不同 物质, 但是 膜脂都 有共同 的结构 特点, 
它们都 由亲水 与疏水 两部分 组成。 其亲水 部分为 极性头 (Polan head), 疏水 部分为 疏水尾 
(Nonpolar tails), 亲水基 团直接 与水相 接触; 疏水基 团以疏 水键相 互平行 排列, 如图 14-2 
所示, 磷脂 酰胆碱 的两条 几乎平 行的脂 肪酸链 与磷脂 酰胆碱 部分朝 着相反 方向。 它们 的极性 
头通 过静电 引力与 氢键对 水有亲 和力, 因而面 向水; 而疏水 尾则互 相聚集 避免与 水接触 。这一 
特点, 使所有 生物膜 都具有 脂质双 分子层 这个基 本结构 (图 14-3)。 - 




r 极性头 
疏水 S 



甘 油^ 双 分子层 
水 O^ssO 水 





图 14-2 磷脂跣 胆碱的 分子结 抅模型 图 14- 

现已 阐明, 构 成生物 膜的磷 脂有一 个共同 特点, 即磷 脂都有 两种" 相态" 存在: 晶 胶相和 
液 晶相。 在晶胶 相时, 磷脂 的脂肪 酸部分 排列整 齐而且 致密, 流动性 较小; 而 在液晶 相时, 
则 排列疏 松而不 规则, 且流动 性大。 当 温度升 高时, 磷 脂分子 容易转 变为液 晶相, 温 度降低 
时则倾 向于晶 胶相。 这种" 相态" 互相转 变的情 况称" 相 变"。 这两 种相态 互变的 临界温 度约为 
10〜25'C。 所以, 不少 生物膜 在正常 体温下 已处于 液晶相 状态, 这就保 证了生 物膜有 较大的 
流 动性。 实验 表明胆 固醇对 磷脂相 变温度 有显著 影响, 如红 细胞、 肝 细胞、 有 鞘神经 细胞的 
质膜 中均含 有相当 量的胆 固醇, 起 着调节 生物膜 中脂质 的物理 状态的 作用, 防 止磷脂 碳氢链 
生 成凝胶 或结晶 状态, 因而 保持了 膜的流 动性。 

2. 蛋白 膜蛋 白是膜 功能的 主要负 担者。 其 中有糖 蛋白, 也有脂 蛋白。 已发现 的蛋白 
质都是 吴有 a 螺旋结 构的球 蛋白。 脂质双 分子层 作为生 物膜的 骨架, 使蛋 白 质 可以镶 嵌与附 
着。 根据蛋 白质在 生物膜 脂质双 层中的 位置, 可 分为固 有蛋白 (Integal protein) 与 外周蛋 
白 (Peripheral protein) 两类, 如图 I 4 - 4 所示。 固有蛋 白不溶 于水, 镶嵌在 脂质双 分子层 
中, 占脂 蛋白总 S 的 70〜S0%。 其中有 的埋在 脂质的 内层, 有 的埋在 外层。 蛋白^ 的 亲水性 
氨基酸 残基与 脂质分 子的亲 水部分 相互联 系而暴 露在脂 质双层 的内表 面或外 表面; 以 疏水性 
氨基酸 残基与 脂质的 疏 水基团 相连则 嵌入脂 质双层 的中央 部分, 有的固 有蛋白 两端均 为亲水 
残基, 中间的 a ^從 部分 为疏水 残基, 则可贯 穿脂质 双层, 两端 露出脂 质双层 的内外 表面。 
有 的蛋白 质主要 是溏 蛋白, 其糖 链直接 接在肽 链的氨 基端^ 分, 主要朝 向脂质 双层的 外面, 



一- 




* ^ .0 

3%, 




水 



: z\《 



、J 



生 



― 3Qg 一 



^^^^""^ 肆有 sa 
-' 白^ J§ / 

— — 4?^ 





S 白^ 分亍 

r 』 

m:. It:: 



箱蛮 白 

〜 〈 ^脂 分乎 



醎編龜 



图 14-4 膜蛋白 



图 14-5 中 央裂开 的细胞 膜结构 模型图 



因此, 膜内外 是不对 称的。 通过冰 冻蚀刻 (Freeze-fracture method) 电子显 微技术 可证明 
固有蛋 白质的 存在。 脂质 双分子 层主要 是由疏 水键维 持的, 在 低温下 疏水键 削弱, 切 面就会 
沿 着脂双 层的中 央裂幵 (如图 14-5)。 冰冻蚀 刻图象 中观察 到的各 种生物 膜两叶 内侧小 颗粒的 
不对 称性, 为生 物膜" 液 态镶嵌 模型" 中蛋白 质是不 对称地 镶嵌在 脂质双 分子膜 中的论 点提供 
了直观 的实验 依据。 

固 有蛋白 质具有 重要的 功能, 可分别 作为转 运膜内 外物质 的载体 (Carrier), 接 受某些 
激素和 药物的 受体, 具有催 化作用 的酶, 具有个 体特异 性的抗 原和能 量转换 器等。 

外 周蛋白 主要分 布于膜 的内侧 表面, 约占膜 蛋白的 20〜30^。 它们 常与固 有蛋白 露在内 
侧 表面的 部分以 离子键 相连, 不 伸入脂 质双层 之中, 结合力 较弱, 只需用 较温和 的方法 如改变 
介质 的离子 强度、 pH 条件或 加入螯 合剂等 即可把 外周蛋 白从膜 上分离 下来。 从膜上 分离下 
来的外 周蛋白 多为水 溶性, 如线 粒体内 膜的细 胞色素 C 和可 溶性 ATP 酶等。 

3. 糖类 生物膜 中约有 5% 的组分 是糖类 。一 般是以 不超过 15 个单 糖残基 连接起 来的, 
具有义 枝的寡 瑭链, 大 部分与 蛋白质 相结合 构成糖 蛋白, 小部分 与神经 磷脂等 结合成 糖脂。 
由 于糖蛋 白和糖 脂的寡 糖链突 出在质 膜外面 (如图 14-6), 故细胞 表面与 周围环 境的相 互作用 



鹏 外 



» 性 
脂质 




抻 经节苷 腊分子 



lilOWIilHlltlQlII 




血型统 s 白 

的募糖 ftl 链 



接£ 白 




肌动 蛋白丝 



^ms^ 白^ 



图 14-6 红 细胞膜 示意图 



— 309 ― 



和各种 剠激往 往首先 与它们 接触。 它们 有的是 膜抗原 的主要 组分, 如糖 蛋白上 的寡糖 链与红 

细胞膜 MN 抗原: 生 有关; 有的 如肌动 蛋白丝 (Acthi filament) 参 与细胞 运动、 胞质 分裂、 
分泌等 作用; 有的参 与血凝 过程。 红细胞 的血型 物质就 是镶嵌 在质膜 上的搪 蛋白。 许 多实验 
表明, 癌 细胞的 恶性增 殖 和转移 都与它 们细胞 表面糖 链的变 异密切 相关。 

4. 细 胞膜的 流动性 生物膜 "液 态镶嵌 结构" 模型的 最大特 点是突 出膜的 流动性 和不对 
称性。 膜的 流动性 是指组 成膜的 分子不 是静止 的而是 经常处 于运动 状态。 膜脂 分子在 膜内主 
,进行 与膜表 面垂直 的侧向 运动, 也可 绕着与 膜平面 垂直轴 旋转, 但较少 进行翻 转运动 (Fl- 
ip- Hop), 这 样可保 证膜脂 的不对 称性。 膜蛋白 分子在 膜内也 有类似 运动, 但 与膜脂 相比, 膜 
蛋白 的侧向 扩散速 度要慢 得多, 每分钟 约为几 微米。 

影 响生物 膜流动 的因素 很多, 环 境温度 在相变 温度范 围内, 每下降 10°C, 膜的粘 度增加 
3 倍。 其他如 pH、 离子 强度、 金属离 子等都 会影响 膜的流 动性。 含脂 肪酸链 较短、 不饱和 
脂肪 酸较多 的膜, 流 动性就 较大。 在哺乳 类动物 的细胞 膜中, 磷脂 酰胆碱 所含脂 肪酸的 不饱和 
程 度高, 而鞘 磷脂则 相反, 由 于两者 含量约 占整个 嫫脂的 5G%, 故磷脂 酰胆碱 / 鞘磷脂 比值大 
小 是影响 膜流动 性的一 个重要 因素。 在相 变温度 以上, 胆 固醇含 量增加 具冇降 低膜脂 流动性 
的 作用。 膜 蛋白随 着与膜 脂结合 方式的 不同也 不同地 影响着 膜的流 动性。 

生物^ 正常的 流动性 是维持 细胞正 常功能 的必要 条件, 诸 如物质 运送、 能量 转换、 细胞 
识别、 细胞 分化、 细胞 免疫、 激素 作用、 信息传 递等等 都与膜 的流动 性密切 相关。 许 多疾病 
与膜 的流动 性变化 异常也 有关, 如动 脉粥 样硬化 患者的 红细胞 的胆固 醇含量 较高, 膜 流动性 
则低于 正常; 进 行性肌 肉营养 障碍^ 人的骨 骼肌、 肝以及 红细胞 膜的流 动性也 都比正 常人为 
低。 

* 赤芍是 "活血 化瘀" 治 则中常 用中药 之一。 实验 证明, 赤芍 的衍生 物具有 增加人 血小板 膜流动 性和抑 
制 血小板 聚集的 作用, 并表 现出量 效关系 和构效 关系。 当其衍 生物母 核上取 代的碳 链含碳 数愈高 ,亲 脂性愈 
强, 其增 加膜流 动性的 作用也 愈强, 改善 血小板 聚集的 功能更 有效。 

5. 细胞 膜的不 对称性 膜蛋 白分布 的两侧 (内 侧面 与外^ 面) 是不对 称的。 没有 一个蛋 
白 质既位 于膜的 这一侧 又位于 膜的另 一侧。 

脂质 双分子 层两侧 的膜脂 组分在 含量比 例上也 有明显 差异。 含胆碱 的磷脂 (磷 脂酰胆 
碱、 鞘 磷脂) 大多 分布于 外层; 含氨基 的磷脂 (磷 脂酰乙 醇胺、 磷 脂酰丝 氨酸) 大多 分布于 
内层。 用 冰冻蚀 刻技术 得到的 红细胞 膜两个 裂面, 分别测 定膜的 内层与 外层, 发现不 饱和脂 
肪酸 和胆固 醇在膜 的外层 较多, 也具 有不对 称性。 所 有哺乳 类动物 细胞质 膜上的 糖基都 位于膜 
的外 表面。 生物膜 结构上 的两侧 不对称 性可保 证膜的 方向性 功能, 这是 生物^ 发 挥作用 所必不 
可 少的。 例如能 S 转换 过程中 的质子 梯度的 产生、 物质 与离子 传送的 过程都 具有方 向性; 
Na + , K+-ATP 酶的 ATP 结合点 位于膜 内侧; 不 少激素 的受体 则位于 相应靶 细胞的 质膜的 
外侧, 从而保 证膜两 侧在功 能上的 不同。 

三、 药 物转运 . 

药 物发挥 药理作 用必须 通过细 胞膜的 转运。 这种转 运主要 分两个 阶段: 首 先是药 物与膜 
相互 作用, 再 由膜的 外侧移 向内恻 并释放 至液相 基质。 后一阶 段主要 通过下 列几种 方式。 

1. 被 动转运 (Passive transport) 此种 转运又 称简单 扩散。 主要 通过: ;'j 质 的物理 扩散过 
程出 入于生 物膜, 并不与 膜的分 子发生 反应。 简单扩 散是由 高浓度 处向低 浓度处 扩散, 因^ 



一 310 一 



B. 




图 14-7 易 化扩散 示意图 



不 需消耗 能量。 其转运 的速度 取决于 物质在 膜两侧 的浓度 梯度、 扩散物 的分子 大小、 电荷性 
及亲 脂性等 因素。 一 般认为 在这种 扩散过 程中, 只 有小于 膜孔道 的亲水 性物质 和离子 才能通 
过一 些亲水 孔道, 而亲脂 性物质 则很易 通过脂 质双分 子层。 多数进 入人体 的有机 药物, 部分 
可解 离成离 子态。 未解离 的非离 子态, 一 般说脂 溶性较 大的易 通过生 物膜; 而 离子态 脂溶性 
小 的不易 通过生 物膜。 总之, 人体 内单纯 依靠被 动转运 
而通过 细胞膜 的物质 较少。 所以, 被动转 运方式 不是细 
胞 内外物 质转运 的主要 形式。 

2. 易 化扩散 (Facilitated diffusion) 葡萄糖 、氨 

基 酸以及 各种无 机离子 等亲水 性强的 物质, 需要 得到细 
胞膜 上一定 物质的 帮助才 能从高 浓度侧 向 低浓度 侧 扩 
散, 这就 是易化 扩散, 又称促 进扩散 或帮助 扩散。 易化扩 
散与被 动转运 相似, 是沿浓 度梯度 方向进 行的, 不消耗 
能量, 因 而整个 过程无 须与能 量代谢 偶联。 其扩 散速度 
常取决 于膜两 侧的浓 度差。 

易 化扩散 是借助 于膜上 高分子 特异载 体的结 合或释 
放 而成。 目前 认为, 细胞膜 上镶嵌 着许多 专一的 载体蛋 
白 (Carrier protein) , 具有 高度的 结构特 异性。 载体蛋 
白 及其被 传送物 质的复 合物, 由于 热运动 以及在 结合或 
释放 被传送 物质时 的蛋白 质构象 变化而 在膜的 两侧摆 
动, 通过 载体的 作用, 促进 扩散的 进行, 减少物 质在膜 
两侧 浓度达 到平衡 所需的 时间。 

• 结合分 子通过 生物膜 有三条 途径, 如图 14-7 所示。 A: 通 过脂核 (Lipid core) 的旋转 使载体 蛋白的 
结 合点转 向膜的 对侧, 将 被转运 的分子 送向另 一面。 B: 载 体蛋白 经单纯 旋转穿 过膜伸 展到另 一边, 使结 
合点从 一侧转 移到另 一侧。 C: 载 体蛋白 通过可 能存在 于两种 构象的 细孔或 管道, 从这 一构象 转变为 另一构 
象时, 结合 点暴露 到膜的 对侧, 从而将 被结合 的分子 也转运 到生物 膜的另 一侧。 

近年 来被作 为药物 载体的 脂质体 (Liposome) 已受到 人们的 重视。 脂 质体是 双层脂 包围一 些水溶 液的小 
滴, 呈 球形。 当磷 脂悬浮 于过量 的水溶 液中, 就会自 动形成 多层同 心双层 脂小泡 (图 14-3)。 

3. 主 动转运 (Active Transport) 物质 分子进 入细胞 的转运 以逆浓 度梯度 方向进 行的现 
象 称主动 转运。 这种转 运与易 化扩散 类似, 都需 要载体 参与。 但 由于主 动转运 是溶液 中的分 
子从 低浓度 恻向高 浓度侧 移动, 故需消 耗大量 能量, 该 能量一 般多由 细胞内 ATP 提供。 

主动 转运是 人体细 胞最重 要的物 质转运 形式。 体内 各种细 胞膜或 细胞器 的膜性 结构, 普 
遍 存在着 主动转 运装置 一一 种镶嵌 在膜的 脂质双 层中的 特殊蛋 白质。 如 Na+、K + -ATP 酶一 
"钠 泵"。 细 胞膜内 K+ 的浓度 比细胞 膜外高 30 倍, 膜外 Na+ 浓度 则比细 胞内高 10 倍, 这种 
离 子梯度 就是一 种称为 "钠 泵" 的结 构所形 成与维 持的。 "钠泵 "能 够逆浓 度差, 主动 地把细 
胞 膜外的 K+ 移入 膜内, 同 时又不 断地把 进入细 胞内的 Na + 移向 膜外, 从而 形成并 维持了 K+、 
Na+ 离 子在细 胞膜内 外侧的 正常浓 度差。 早已 证实, 小肠 上皮细 胞对肠 道内消 化产物 及某些 
无机 离子的 吸收, 肾小 管上皮 细胞对 肾小球 滤液中 某些物 质的重 吸收, 都 是细胞 膜上" 钠泵" 

等 所起的 一种主 动转运 现象。 

* Na+、 K+-ATP 酶主动 转运钠 、钾离 子确切 的作用 机理尚 不完全 清楚。 目前 较为一 致的 看法是 (图 14- 
8): 当 ATP 酶 ① 在钠 离子参 加下, 结合在 Mg"-ATP 上 的磷酸 基转移 到酶分 子上, 即 酶被磷 酸化成 ②, 引 



一 311 ― 




内膝 I i f 



2K" 一50〜 
-90 mv 



2 3 4 5 

Na® K® 、. 




图 14-8 钠钾泵 总反应 及其作 用模型 
起 酶构象 改变, 使 Na+ 移向外 侧面, 由于 Na+ 与 此构象 的酶的 亲和力 较弱, Na+ 被 释放如 ③, 此 时酶对 1《 ; 的 
亲和力 较强而 被结合 成④. 因 K+ 的结合 引起磷 酸基的 释放, 酶回 复到原 始构象 ©. 此构 象使阳 离子结 合部位 
暴露 于细胞 内侧, 与 K+ 离子 的亲和 力降低 而释出 K+, 对 Na+ 亲和 力,, 故又与 Na+ 结合. 与 Na+ 的 结合激 
活了 ATP 酶, 再 次磷酸 化而发 生构象 改变, 如此又 可排出 Na+、 结合 K+, 往返 进行, 转运 Na+、 K+. 

4. 中药 生脉散 (液) 对 ATP 酶 的影响 近十多 年来, 许多 文献资 料和综 述报道 认为, 强 心甙类 药物是 
通 过抑制 心肌膜 ATP 酶, 改变 心肌细 胞膜对 某些阳 离子的 主动运 输而达 到正性 肌力的 作用. 主动运 输是消 
耗 能量的 过程, 当 心肌膜 ATP 酶活 性被强 心甙类 药物抑 制时, 使 ATP 水解释 放的能 量受到 抑制, 表现在 
钠离 子从细 胞内向 细胞外 流出量 减少, 即" 钠泵" 受到 阻滞。 细 胞内增 多的钠 离子, 与肌质 网结合 钙发生 竞争, 
使 结合钙 转为游 离钙, 钙 离子具 有增强 心肌收 缩力的 作用, 结 果使心 搏出量 增多. 

生咏散 (液) 是由 人参、 五味子 和麦冬 组成的 方剂, 有强 心和改 善血液 循环的 作用。 人 参在我 国医学 上早就 
被 认为是 一种强 壮剂。 动 物实验 也证明 人参具 有强心 作用, 其作用 特点与 强心甙 相似。 五味子 有调节 心血管 
系统的 功能, 对 改善血 液循环 及心脏 乏力有 一定的 效用. 生脉 液及其 各组成 成分, 对大 鼠及豚 鼠的实 验结果 
表明. 人 参和五 味子对 心肌膜 ATP 酶活 性有抑 制作用 (表 14-3). 上 述实验 结果联 系临床 应用, 初步 推测生 
脉^ 抑制 心肌膜 ATP 酶活性 是改善 心脏生 理功能 的途径 之一. 



表 14-3 生脉 散三种 药物煎 剂分别 对大鼠 心肌膜 ATP 酶活性 的影响 



组 别 


痺活^ 


抑制^ 




对照 




7.5±0.47 







生^ 液 0.3ml 




4.2±0.61 


44.0 




人参 煎剂 0.5ml 




5,7士0. 58 


24.0 




五味 子煎剂 0.5ml 




3. 1±0. 40 


59.0 




^冬 )1 剂 0. 5ml 




7*5 士 0,07 






生药 fidnj/ml), 人参 100, ^冬 500, 五味子 300 



一 312 一 



第二节 药 物代谢 

药 物种类 繁多, 结构 互异, 自进入 机体直 至离开 机体, 一 般可分 为几个 过程: 即 吸收, 
指药物 从给药 部位进 入血液 循环的 过程; 分布, 指药物 从血液 运送到 组织、 细胞 间液和 细胞内 
液的 过程; 代谢, 指药 物在机 体的酶 等因素 影响下 发生化 学结构 改变的 过程; 排泄, 指 药物的 

原 形或其 代谢产 物通过 排泌器 官排至 体外的 过程, 又称 ADME 系统。 它 对血药 浓度的 维持、 
药物 作用的 强弱及 其持续 时间的 久暂都 有密切 关系。 药物 进入体 内后, 有些不 发生化 学结构 
的 改变, 以 原型发 挥药理 作用, 并可以 原型被 排泄到 体外。 但大 多数药 tJ 在体 内均经 不同程 
度 的结构 转化, 通 常将机 体对药 物的化 学处理 过程称 为药物 代谢, 亦 称生物 转化。 一 般药物 
经 代谢转 化后其 脂溶性 降低, 极性 增加, 易 于排出 体外。 药物代 谢的生 物学意 义不仅 是加快 
药物的 排泄, 而且还 使药物 灭活。 所以, 药物代 谢是机 体对药 物的一 种防卫 功能。 但是, 有 
的药物 经生物 转化后 才出现 药效或 毒性。 例如, 环 磷酰胺 转化后 变为具 有抗癌 活性的 醛磺酰 
胺; 3, 4- 苯骈芘 经转化 则成致 癌物, 因此, 不能将 生物转 化统称 为解毒 作用。 

一、 药物 代谢反 应进行 的部位 

药 物在体 内发生 化学反 应须有 酶的参 与才能 完成。 参 与药物 代谢的 酶系主 要存在 于肝细 
胞微粒 体内, 其次 是溶酶 体或线 粒体, 该酶系 称为肝 微粒体 药物代 谢酶, 简称" 药 酶"。 药物 
代谢的 主要部 位是在 肝脏, 其次是 在消化 道和肠 粘膜, 有些 药物的 代谢可 在胃、 脑、 血液等 
部位 进行。 当肝脏 功能不 良时, 许多 主要在 肝脏代 谢的药 物都应 慎用, 以 免由于 灭活作 用减慢 
而引 起毒性 反应。 肝微 粒体酶 的组成 成分之 一是细 胞色素 P«。, 它 广泛存 在于生 物界。 细胞 
色素 P 4M 不但存 在于高 等动物 的肝微 粒体, 也存在 于高等 动物的 其它组 织脏器 (表 14-4), 还 
存 在于微 生物、 昆虫 和植物 体内。 因此, 它 不是高 等动物 和人体 特有的 酶系。 未出生 的脍儿 
肝脏 没有细 胞色素 P«。, 分 化的细 胞较未 分化的 细胞所 含的药 物代谢 酶的量 为多。 所以, 瘙 
细胞所 含的细 胞色素 P«。 的量少 于正常 细胞。 



表 14-4 细胞色 素1^ 5 。在人 体各 组织中 的含量 



组 织 


细 胞色素 


。含 l:(nci。l/mg) 


肝 


0. 10、 


'1.96 


铎上 腺皮质 - 


0. 05- 


-2. 10 


胎盘 


0. 024 




大肠 


0. 070 




小肠 


0. 050 




肾 


0.08- 


-0. 18 


脾 


0.03~ 


0.21 


脑 


0. 018~ 


1 



二、 药物代 谢反应 的类型 

机体为 了将吸 收的药 物变成 易溶于 水的化 合物, 使 之容易 从尿和 胆汁中 排泄, 要 进行极 
其复 杂的生 物转化 过程。 这 些生化 反应过 程大致 可分为 氧化、 还原、 水 解和结 合四种 类型。 



— 313 — 



氧化, 还原 或水解 反应称 第一相 反应; 结合反 应称第 二相反 ^。 各相还 可区分 为多种 不同反 

应, 在 细胞中 不同部 位完成 (见表 14- 5)。 进入人 体的药 物大都 要相继 通过此 二相的 变化, 最 
后排出 体外。 现择 要举例 如下。 

表 14-5 药物 代谢主 要反应 类型及 其部位 



第一 相反应 


细 胞内酶 的定位 


氧化: 


羟 化反应 


肝 微粒体 






垸基 侧链氧 化反应 


肝 微粒体 






环氧 化反应 


肝 微粒体 






0-. N- . S- 脱 垸基氧 化反应 


肝 镦粒体 






N —, S— 的氧 化反应 


肝 微粒体 






脱氨 基氧化 


肝微 粒体, 


线粒体 




脱 硫反应 


线粒体 






醇、 醛氧 化反应 - 


胞 液为主 




还原: 


偶 M 还 原反应 


肝 微粒体 






硝基还 原反应 


肝 微粒体 






酸酮还 原反应 


胞液 




水解: 


酯、 酰胺水 解反应 


肝微 粒体, 


血液 




酰胼水 解反应 


肝微 粒体, 


其它 


第二相 a 应 


细 胞内酶 的定位 


结合 反应: 葡 萄糖醛 酸结合 


肝 微粒体 






甘氨 酸结合 


线粒体 






谷氨酰 胺结合 


线粒体 






硫氰酸 盐结合 


线粒体 






硫 酸结合 


胞液 






乙酰化 


• 胞液 






甲基化 


胞液 





1. 氧 化反应 

(1) 羟化 反应: 羟化 分芳香 族环上 的羟化 与非芳 香族环 的羟化 两种。 前者, 特别 是笨环 
的羟化 作用, 在 药物代 谢反应 中尤为 常见。 例如, 苯胺可 在苯环 上羟化 产生对 氨基苯 酚或邻 

氨基 苯酚, 也可在 非苯环 上进行 N -羟化 而产生 N- 羟氨 基苯。 后 一产物 可导致 高铁血 红蛋白 
的 产生, 有很强 約毒性 作用。 



-0H 




〔0〕 




0H 

NH0H 




邻氨 基苯盼 



对氨 基苯酚 



N- 羟 氨基苯 



H ? 

N 人 O 



H 



o 



H 



~314 — 



P- 萘胺 等致癌 性芳香 胺在体 内的致 癌作用 与其羟 化的部 位密切 相关。 例如 P- 萘 胺的芳 

香环羟 化可消 除其毒 性排出 体外, 若进行 N- 羟化 则可能 致癌。 

0H 



芳香环 羟化 一 



O | O I—NH, 一 

P- 萘胺 



〇 

a- 羟基 萘胺 
N- 羟化 一 | 〇 | 〇 | 



〇V H ' 



-NHOH 



P- 萘胺 - N— 氧化物 

(2) 烷基侧 链氧化 反应: 芳香 族或杂 环族化 合物的 侧链烷 基可氧 化为醇 或酸。 例 如中药 
大 黄所含 的缓泻 成分大 黄酚, 可 在体内 氧化为 芦荟大 黄素, 后者再 继续氧 化为大 黄酸。 
0H OH 0H OH 0H 0H 

。" 1 1 〔0〕 1 

— > 

,0H 







大黄酚 芦荟 大黄素 大黄酸 

(3) 环氧化 反应: 芳香 族化合 物常氧 化成环 氧化物 (£ ?0 "&)。多环芳香烃如3,4-苯骈 
斑在细 胞色素 P 46 。 作 用下, 可氧化 形成多 种环氧 化物, 再 经环氧 化物水 化酶催 化为二 氢二醇 
衍生 物后, 一般 即丧失 了致癌 活性。 但如 致癌的 多环芳 香烃在 体内代 谢时, 在 其分子 上多处 
形成 环氧化 结构, 则 其部分 水化了 的二氢 二醇衍 生物就 有致癌 作用。 目 前认为 其致癌 作用主 
要与 苯骈芘 -7, 8 二 氢二醇 -9, 10 环 氧化物 的形成 有关, 谷 胱甘肽 若与之 结合则 可消除 其致癌 

作用。 



水化酶 
> HO 





3, 4- 苯骈芘 



r, 8- 二 氢二醇 衍生物 

P" 攀 




7, 8- 二氢 二醇- 9, 10 -环 氧化物 
(4) 0-、 N -、 S- 脱烧 基氧化 反应: 烷 基中以 甲基和 乙基最 易发生 氧化. 0- 脱烷 基氧化 以镇痛 药非那 

—? 15 — 



西丁 为例。 非那西 丁结构 中的乙 氧基在 体内经 0- 脱 垸基反 应变成 乙醛和 N- 乙酰 氨基酚 (扑 热息痛 ), 后者可 
继续 与葡萄 糖醛酸 结合, 以葡萄 糖醛酸 苷或硫 駿酯结 合物形 式排出 体外. 非那 西丁氧 化产物 是扑热 息痛, 
后 者的镇 痛作用 较前者 为强, 副作用 较前者 为小. 



H 3 CC0HN— 《〇 
非 那西丁 



〔0〕 

-0C s H s ~ > HXC0HN- 



O )— 0H+CH 3 CH0 



中卜 '窗、 



乙醛 



N- 脱烷基 氧化以 安定药 氯丙嗪 为例。 氯丙嗪 在人体 内的主 要代谢 途径是 N- 脱甲基 氧化, 生成去 甲基氯 

丙嗪, 其药理 活性较 氯丙嗪 为差. 

S\ 八 八 yS 



CH,CH,CH,N 



,CH 3 
\CH, 



•H 



CH 2 CH 2 CH a N/ 

X CH 3 

去甲基 氣丙嗪 



+ HCH0 



S- 脱烷 《 以 抗癌药 6- 甲硫 基嘌吟 为例。 6- 甲硫 基嘌呤 在人体 内经 S- 脱垸基 反应生 成具有 抗肿瘤 作用的 
6- 巯基 嘌呤。 细^ 液 中存在 氧化嘌 呤衍生 物的黄 嘌呤氧 化酶, 可将 6- 巯 基嘌呤 氧化为 6- 硫代 尿酸, 使之失 
去抗癌 作用. 



N 



S— CH 8 



SH 



〔0〕 



\ 



N 



)+HCH0 




6- 甲硫 基嘌呤 



6- 巯 基嘌呤 



6- 硫 代尿酸 



# (5) N-, S- 的氧化 反应: 氯丙 嗪在细 胞色素 P <5 。作 用下生 成的产 物之一 氯丙嗪 -S- 氧化 物没有 生物活 

性, 而 氯丙嗪 氧 化物则 有很强 的毒性 作用. 


T 

S 



N' 



CH,CH ? N< 



,CH. 
、CH 5 



CI 



(CH,),-N(CH,), 
^丙嗪 S 氧化物 



氣丙嗪 



s- 原子的 s 化 是硫^ 义^^ 的代 谢途径 之- 

浆 中发现 S 原子^ 化 的代谢 产物. - 



° (CH 2 ) 3 -N(CH 3 ) 2 

氯丙嗪 N 氧化物 

-, 如服用 抗结核 药乙硫 异烟胺 (EtHonamid) 后, 可在血 



— 316 — 



NH. 

C«=S 

I I 



〔0〕 



NH, 

c=s-»o 



X C,H 5 

v 乙硫 异烟胺 S- 氧化物 

# (6) 脱氨基 反应: 这种脱 氨 基方式 主要作 用于不 被胺氧 化酶所 作用的 胺类, 使其 侧链上 的氨基 进行脱 
氨 氧化, 生成酮 和氨, 如苯丙 胺在兔 体内主 要代谢 产物为 苯丙酮 和氨. 



〇 



-CH 2 CHCH 3 〔0〕 「〇\「CH 2 COCH 3 +NH, 

苯丙胺 苯丙酮 
*(7) 脱硫 反应: 有 机磷杀 虫药对 硫磷, 本 身并无 生物学 活性, 但 在昆虫 体内依 赖于氧 化脱硫 作用, 转 
变为 对氧磷 (Paraoxon), 后 者通过 抗胆碱 ^酶作 用而呈 现强大 的杀虫 效力. 对硫磷 対人的 毒性也 主要由 
其代谢 产物所 引起. 

,OC 2 H 5 〔0〕 



S N- 



〇 



>_0 — p/ 



、OC,H, 



2 N-( 〇 



■0 — P 



OC:H s 
OC,H, 



s 



o 



对硫磷 
肝 微粒体 I 加 单氧酶 
s 



C 2 H 5 



\ 



P— OH 



C,H s O, 

硫 代磷酸 二乙酯 



对氧磷 
i 磷 酸酯酶 
O 

C 2 H 5 O v II 

>P-OH + 



0,N 



— / 



〇 



/ 



-OH 



磷酸 二乙酯 

对硫磷 也可在 体内由 肝微粒 体的加 单氧酶 催化脱 去对硝 基苯成 为硫代 磷酸二 乙酯而 解毒。 毒 性很大 的 
对氧磷 可经磷 酸酯酶 水解成 为对硝 基酚与 磷酸二 乙酯而 解毒。 

'(8) 醇、 醛氧化 反应: 醇在 肝细胞 中由醇 脱氢酶 氧化生 成对应 的醛, 再 经醛脱 氢酶、 醛氧 化酶. 黄嘌 
呤 氧化酶 催化, 继续 氧化成 对应的 羧酸。 

醇 脱氢酶 〔0〕 
CH.CH.OH >CH,CHO— >CH 9 COOH 



乙醇 



乙整 



乙酸 



2. 还 原反应 

(1) 偶氮 和硝基 的还原 反应: 偶 氮的还 原反应 以百浪 多息为 例加以 说明。 抗菌药 百浪多 
息, 其活 性成分 不是百 浪多息 本身, 而是百 浪多息 化学结 构中的 偶氮基 在体内 的还原 产物磺 
胺 (氨苯 ^胺 )。 



H,N 一乂 〇 )— N=N 



/' 



〔H〕 t 
-SO'NH, —― >H,N— 



、 O SO,NH 2 一— >H:N— \ O ^)— S0 2 NH 2 + H,N— ^ 〇 NH, 

IsTH, 

百 浪多息 磺胺 
硝基 的还原 反应以 抗生素 氯霉素 为例。 氯霉素 被细菌 和哺乳 动物的 硝基还 原酶系 转化为 



NH 2 
2, 4- 二氨 基苯胺 



^0 



— 317 — 



〇 



〇 



〔H 2 0〕 



+ HOCH 2 CH 2 N(C 2 H 5 ) s 



C— OCH 2 CH 2 N(C 2 H 5 ) 2 > C— OH 

II II 

o o 

普 鲁卡因 对氨 苯甲酸 二乙 氨乙醇 

(2) 酰胺 水解: 其水 解作用 在肝微 粒体中 进行。 酰胺键 一 CONH —在水 解时, 生 成羧基 
和 氨基。 芳香族 酰胺的 水解速 度受置 换基团 的影响 。假设 苯甲酰 胺的水 解率为 100%, 则对氯 
苯甲 酰胺、 对 氨基苯 甲酰胺 和对羟 基苯甲 酰胺的 水解率 分别为 95%、 20% 和 4%。 

CONH 2 CONH, CONH, CONH 2 



〇 



〇 

对 -氯苯 甲酰胺 



〇 



NH 2 

对- 氨基苯 甲酰胺 



苯 甲酰胺 

(3) 酰肼 水解: 芳香 酰肼的 水解以 异烟肼 为例。 

CONHNH, COOH 



I o | 



〔H 2 0〕 

> 



〇 



OH 

对- 羟基苯 甲酰胺 



I o | 



+ NH,NH, 



异烟胼 



异烟酸 



肼 



NO, NH, 



〔H〕 L〇 



HOCH O HOCH O 

I II 丄 II 

HOCH,CHNHCCHCl 2 H0CH 2 CHNHCCHC1 2 

氯霉素 氯 霉素还 原产物 

(2) 醛 酮还原 反应: 这是 由非微 粒体还 原酶所 催化的 反应, 如 水合氯 醛还原 为三氯 乙醇。 

〔H〕 

CC1 3 CH0-H 2 ~ >CC1 3 CH 2 0H + H 2 

水 合氯醛 三 氯乙醇 

3. 水 解反应 水解多 发生在 含有酯 键或酰 胺键的 药物, 它是 逋过血 浆或其 他组织 包括肝 
微粒体 中的水 解酶的 水解作 用而完 成的。 

(0 酯键 水解: 酯键 的水解 反应在 血浆中 进行, 如局 部麻醉 剂普鲁 卡因由 肝和血 浆胆减 

酷酶 的水解 而迅速 失活。 

NH 2 NH, 




一 318 



4. 结 合反应 结合反 应是体 内普遍 发生的 反应。 药 物在组 织中, 无 论经过 上述的 氧化或 
还原、 水 解反应 与否, 大多 要与体 内其他 化合物 (或 基团) 相 结合。 结合作 用的类 型较多 (表 
14-6), 但参与 结合反 应的结 合剂均 由正常 机体成 分代谢 而来。 多 数结合 剂一般 先转变 为活性 
形式 的供体 (大多 为体内 的中间 代谢产 物)。 如葡 萄糖醛 酸的活 性体为 尿苷二 磷酸葡 f 糖^ 鲛 
(UDPGA); 硫酸 的活性 供体为 3'- 磷酸 腺苷- 5~ 磷酸 硫酸酯 (PAPS) 等。 催 化结合 反应的 
酶大都 是参与 正常中 间代谢 的酶。 结合 产物一 般极性 增高, 水溶性 增大, 药理 活性减 少或消 
失, 也较 母核易 从肾脏 排出。 有些结 合物能 经胆汁 入肠, 被肠 道细菌 水解, 其 水解产 物又可 
由肠 吸收, 形 成肠肝 循环。 



表 14-6 


结合反 应的主 要类型 




结合物 


底 物类型 


酶定位 


葡萄 糖醛餒 


酚. 醇、 羧酸、 胺、 羟胺、 磺胺、 巯基 化合物 


微粒体 , 


甘氨酸 


酜基辅 SIA 


线粒体 


谷 胱甘肽 


环氧 化物, g 化物、 硝基化 合物. 羟胺 


胞液 


甲基 


酚、 胺 


胞液 


乙酷基 


芳 香胺. 胺、 氨基酸 


胞液 


琉鼓 


酚、 醇、 芳香胺 


胞液 



(1) 葡萄 糖醛酸 结合: 具有 羧基、 羟基、 胺基、 巯基 的药物 或代谢 物能在 肝微粒 体内与 
葡萄 糖醛酸 结合, 形 成酯、 醚及酰 胺等化 合物, 是 体内最 为常见 的结合 形式。 肝脏细 胞液中 

含有 尿苷二 磷酸葡 萄糖脱 氢酶, 使糖代 谢过程 中产生 的尿苷 二磷酸 葡萄糖 (UDPG), 氧化成 
UDPGA, 作为 葡萄糖 醛酸的 供体, 在葡萄 糖醛酸 基移换 酶的作 用下, 使 之与一 0H 、一 COOH、 
一 NH 2 、 一SH 等 基团相 结合。 这 类反应 在肝、 肾、 肠粘膜 、皮肤 等组织 中都可 进行, 而以肝 
脏为 最强。 胆 红素、 类 固醇激 素的代 谢产物 等体内 正常代 谢物也 在肝内 进行葡 萄糖醛 酸结合 
作用。 前 者主要 由胆道 排泄, 后者主 要随尿 排泄。 

0H 



f i 

NH— C— CH, 

对羟乙 酰苯胺 



+ 



COOH 

/1-Ov 



、「 /'— — 



OGA 



UDP 



UDPGA 移换酶 



〇 



+ UDP 







UDPGA 



NH— C— CH, 

羟乙 酰苯胺 

葡萄糖 醛酸甙 



中药 甘草的 根茎^ 三萜 皂甙甘 草酸, 即甘 草甜素 (Glycyrdiizin), 是甘 草次酸 (Glyc- 
yrrhetic acid) 的二葡 萄糖醛 酸甙。 被人 体吸收 后在肝 中分解 为甘草 次酸与 葡萄糖 醛酸, 后 
者能与 药物或 毒物相 结合, 可 能是甘 草解毒 的原因 之一。 

(2) 硫酸 结合: 体内 硫酸, 是含 硫氨基 酸的分 解代谢 产物, 它 可与酚 羟基、 类固醇 羟基、 
脂肪族 的伯醇 羟基以 及芳香 族的氨 基等相 结合。 但参 与结合 的硫酸 要先与 ATP 作用成 活化的 
3~ 碟 酸腺苷 酸硫酸 (PAPS), 再 经硫酸 移换酶 的催化 始能进 行结合 反应。 



一 318 — 



C,H s OH + PAPS- 
乙醇 3'- 磷酸腺 
苷 酸硫酸 



>C 2 H 5 OSO,+PAP 
硫 鲛乙酯 3'- 磷酸 腺苷酸 



OH + PAPS— >( O )-OS0 3 H+PAP 



酚 苯酚 硫酸酯 

前已 谈及, 有的药 物经生 物转化 后反而 会增加 对机体 的有害 作用。 据 报道, 芳香 族胺类 
化 合物如 2- 乙^ 氨 基芴, 经 N- 羟 化后其 羟基能 与硫酸 结合, 即 具致癌 作用。 鼠类因 肝中缺 
乏这种 硫酸移 换酶, 故不 会因芳 香胺污 染而患 肝癌。 

(3) 乙 铣化: 乙 酰辅酶 A 可将 酰基转 移给合 适的接 受体。 苯胺、 磺胺 等各种 芳香胺 常浩 
其氨 基与乙 酰辅酶 A 作用 产生 乙酰衍 生物, 催化 此反应 的乙酰 移换酶 在肝、 乳腺、 胃 肠道组 
织的 胞液中 存在。 



NH 2 



〇 





II 乙酰移 换酶. 
+ CoA— S— C— CH 8 >| q 





» 

NH-C—CH, 



+ CoA— SH 



SO, 服, 



S0 2 NH, 



辅酶 A 

环氧 化物等 结合。 催化这 



磺胺 乙酰 -CoA N- 乙 酰磺胺 

(4) 谷 胱甘肽 结合: 谷 胱甘肽 (GSH) 可与一 些卤化 有机物 
—反 应的 酶是谷 胱甘肽 -S- 烷基移 换酶, 存在 于肝、 肾等 ^ 胞液 中。 环 氧化物 因与细 胞内大 
分 子物质 进行结 合而具 毒性, 通过 与谷胱 甘肽结 合即可 解毒。 所以, 谷 胱甘肽 对环氧 化物、 
金属 毒物均 有解毒 作用。 例 如毒性 物质溴 丙烷, 在 大鼠体 内与谷 胱甘肽 结合而 解毒, 生成的 
硫醚氨 酸随尿 排出。 

CK^H.CH.Br,-^^, -^^^^^. ->CH 3 CH 2 CH 2 SG ~ >CH 3 CH,CH 2 — SCH 2 CHNHCOCH, 

谷 胱甘肽 -S- 烷基 转移, | 

COOH 

丙基谷 胱甘肽 丙基硫 醚氨^ 

三、 催化药 物转化 的酶系 • 

与药物 代谢有 关的多 种酶主 要存在 于肝细 胞的內 质网, 尤 以滑面 内质网 为多。 休 内催化 
这些 反应的 主耍^ 系包 括微粒 体药物 代谢^ 系、 非微 粒休 酶系 (12 括胞浆 酶系、 线粒体 酶系、 
血浆 酶系) 和 肠道] 的酶系 三类。 

1. 微 粒体酶 肝微 粒体酶 又称混 合功能 (化嗨 或微粒 体加单 氧酶, 在药物 转化中 起着主 
要 的催化 作用。 肝微 粒体酶 由三部 分组成 : 血 红素蛋 白类, 包括细 胞色素 P 45 。 (简称 P«o) 
及细 胞色素 b 5 ; 黄素蛋 白类, 包括 DADPK- 细 胞色素 。还 原酶 或称 NADPH- 细 胞色素 
C 还 原酶及 NADH- 细 胞色素 b 还 原酶; 以 及脂类 《以磷 脂^ 胆碱为 主)。 它 们共同 构成电 
子传递 体系, 各自执 行着药 物氧化 的任务 。 其 中以细 胞色尜 最为 重要。 

P«。 ^一 种以铁 卟啉基 为辅基 的色素 蛋白, 因其还 原型与 一X 化碱结 合时, 在 4 50mn 波 



320 ― 



长处 呈明显 的吸收 峰而于 1962 年由 Omura 等 提出细 胞色素 P 45 。的 名称。 在 哺乳类 动物的 
肝、 肾、 小肠、 肺、 肾 上腺、 皮肤、 睾丸、 黄体 等器官 和组织 内都有 P 45 。, 以肝 P 45e 的含量 
最高。 许多内 源性物 质如类 固醇、 脂 肪酸、 胆睃 以及进 入体内 的许多 外源性 分子如 药物、 毒 
物 等的代 谢无一 不是在 P« D 参与下 进行的 。例如 维生素 D 3 的致活 过程是 先在阡 微粒俘 进行第 

25 位 碳羟化 反应, 然后在 肾脏线 粒体内 进行第 1 位碳 羟化, 这 两次羟 化反应 都需要 P 45 。参 
加。 P 45 。 还 催化中 等长链 饱和脂 肪酸的 co- 氧化。 对 药物、 食品添 加剂、 致 癌剂、 杀虫 剂等外 
源 性脂溶 分子及 环境污 染物在 许多组 织特别 是肝、 肺及 皮肤微 粒体内 的氧化 代谢, P 45 。 也起 
着关键 作用。 最近 证明, P«。 有两种 类型: 一种 其吸收 高峰在 446nn !〜 448nm (简称 P 448 ); 
另一 种吸收 高峰在 450nm。 通常将 它们合 称为细 胞色素 P 45 。。 细 胞色素 b 5 则属细 胞色素 b 
族, 其 辅基为 亚铁原 卟啉, 在 微粒体 混合功 能氧化 酶系中 (复合 电子传 递系) NADH 与细胞 
色素 底物复 合物之 间传递 电子。 

P« 。的作 用与细 胞色素 氧化酶 类似, 它 氧化药 物的过 程如图 14-9 所示: 作 为底物 的药物 

(RH) 首 先与氧 化型细 胞色素 P«。(Fe 3+ ) 结 合成细 胞色素 P 45 。(Fe 3+ )— (RH) 复 合物, 然 
后 接受由 NADPH 提供的 电子, 形成还 原型细 胞色素 P 45 。(Fe 2+ )— (RH) 复 合物, 该电子 
由 NADPH- 细 胞色素 P«。 还原酶 传递。 还 原型细 胞色素 P 45D (Fe 2+ )— (RH) 复合物 再结合 

1 个分子 型的氧 (0 2 ), 并对 2 提供 1 个 电子。 使 氧活化 为超氧 离子。 这第 2 个电子 来源可 
能 是由另 一分子 NADPH, 但 不排除 NADH 和细 胞色素 b 5 , 该电 子是由 NADH- 细 胞色素 
、还 原酶传 递的。 活化 的超氧 离子, 一方 面氧 化与细 胞色素 P 45 。 结合的 药物, 另一方 面又和 
两 个质子 结合生 成水。 与此 同时, 还 原型细 胞色素 P«。(Fe 2+ ) 又失掉 1 个电子 变成氧 化型细 
胞色素 P«。(Fe 3+ ), 再 起催化 作用。 脂溶性 药物被 P« 。羟化 后 的产物 (ROH), 其水 溶性增 
加 并易于 排泄。 



(R)(Fe-OH) 



(RH)Fe 




2+ 



2H + (^)^(0|-) © 



(D「 



(RH)Fe 2+ (0 2 ) 
(RH)Fe 3+ ((J ) 



T 

e 

图 14-9 细 胞色素 P" 。的羟 化作用 



— 321 一 



醆 脱氢酶 HO—f ^ !— CH,COOH 

> I o I O I 

\z\ N z 

H 

5- 羟吲 哚乙酸 

肝细胞 液中存 在的黄 嘌呤氧 化酶, 可氧化 嘌吟衍 生物如 抗癌药 6- 巯基 嘌呤, 在该 酶作用 
下, 氧化为 6- 巯基 尿酸, 使原 有的抗 癌作用 消失。 

3. 肠道菌 丛酶系 由于 肠道多 属无氧 环境, 故 肠道菌 丛酶系 主要催 化水解 或还原 反应。 
水解 酶类有 葡萄糖 苷酶、 P- 葡萄 糖醛酸 苷酶、 硫酸 酯酶、 P- 内酰胺 酶等, 以 及催化 硝基、 
偶 氮基、 羰 基还原 的还原 酶类。 例如, 水杨酸 偶氮磺 胺吡啶 在大鼠 体内, 肠道 菌丛裂 解偶氮 
键产生 5- 氨基水 杨酸盐 和磺胺 吡啶, 产物被 吸收并 进一步 代谢。 实验 发现: 喂 以同一 药物的 
无菌 动物, 在其尿 或粪便 中未见 正常代 谢产物 排出; 反之, 全部药 物以原 形见于 粪中。 中药 
的某些 活性成 分可能 是通过 肠道细 菌 代谢 后才 发挥作 用的。 如大 黄番泻 甙经肠 道细菌 代谢转 
变成 大黄蒽 酮而发 挥作用 * 



微粒体 药物代 谢酶系 中另一 主要成 分是还 原酶, 属 黄素蛋 白类。 主 要功能 是传递 电子, 
但 只接受 NADPH 给出的 电子, 故 称为需 NADPH 的细 胞色素 P 45 。还 原酶, 简称还 原酶。 

药 物代谢 酶系催 化氧化 还原作 用的还 原酶与 P 45D 之间 的关系 可概括 如下: 

NADPH. / 还原酶 * ^ 细 胞色素 P <5 。\ /RH (药物 ) 
\Z FAD.FMN V (Fe 2+ ) V 

产 

Nh 2 o 

NADP+ /\ 还原酶 ^\细 胞色素 P^^^ROH (产物 ) 
FADH,,FMNH, (Fe 3+ ) 

2. 非微 粒体酶 体内药 物代谢 亦可受 非微粒 体酶的 催化。 除 葡萄糖 醛酸的 结合反 应外, 
非微粒 体酶能 催化其 他所有 的结合 反应以 及某些 药物的 氧化、 还原、 水解 等代谢 反应。 这些 
非微粒 体酶有 单胺氧 化酶、 黄 嘌呤氧 化酶、 醇和 醛的脱 氢酶、 胆碱 酯酶、 乙酰移 换酶、 硫酸 
移换酶 以及谷 胱甘肽 -S- 移换 酶等。 它们除 主要在 肝内催 化药物 代谢反 应外, 也可在 血浆, 消 
化道、 肾脏 等器官 进行。 

以单胺 氧化酶 (MAO) 为例, 它可使 许多药 物氧化 脱氨, 反 应产物 是芳香 基或垸 基醛, 
通常 再通过 其他酶 进一步 氧化为 相应的 羧酸。 MAO 是 线粒体 的酶, 常见 于肝、 肾、 肠 和神经 
组 织中, 它的底 物包括 乙胺、 酪胺、 儿 茶酚胺 (多 巴胺、 去 甲肾上 腺素、 肾上 腺素) 和色氨 
酸衍 生物一 色胺、 5- 羟 色胺。 



H0— ^ I !一 CH 2 CH,NH, MAO HO— T 、 ,— CH t CHO 

〇 



5- 羟色胺 ' 5- 羟吲 哚乙醛 



1/ 

〇 NH 




〇 NH 



— 322 一 



第三节 影响药 物代谢 的因素 

―、 药物 代谢酶 的诱导 

投予 某些特 定物质 所引起 的药物 代谢酶 的生物 合成增 加的现 象称为 药物代 谢酶的 诱导, 
有诱导 作用的 特定物 质叫药 物代谢 酶的诱 导剂。 如苯巴 比妥、 保 泰松、 利眠宁 等均可 使肝微 

粒 体药酶 的数量 增加。 现在 已知有 200 种左 右的物 质有此 种诱导 作用。 一般 认为, 药 酶的诱 
导 剂大多 是脂溶 性高、 半衰 期长的 药物。 诱导剂 不仅能 促进其 他药物 的代谢 转化, 同 时也使 
其自身 的代谢 加速, 这也是 某些药 物产生 耐受性 的原因 之一。 药 物代谢 酶表现 活性的 增强, 
并非是 酶分子 活性的 增加, 而 是由于 上述化 合物可 诱导酶 的生物 合成。 实验 证明, 酶 活性增 
加的 原因是 由于微 粒体细 胞色素 P« 。酶蛋 白合成 增多及 酶的破 坏速率 降低。 例如, 苯 巴比妥 
类可 使药酶 所在的 肝细胞 内伴随 着滑面 内质网 增生, 细 胞色素 P 45() 、 NADPH- 细 胞色素 P 4B 。 
还 原酶及 葡萄糖 醛酸基 移换酶 的合成 增加, 药 物的代 谢转化 增强。 抑制 核酸及 蛋白质 合成的 
药物 (如放 线菌素 D) 可以 阻断药 物的这 种诱导 作用。 3- 甲基胆 蒽也有 与苯巴 比妥相 似的诱 
导 作用, 但 不增加 NADPH 细 胞色素 P 45D 还原酶 的量。 . 

中药 五味牛 所含有 效成分 的五味 子素有 三种, 即五味 子乙素 (r-Schizandriii), 丙 素及五 味子醇 
(Schizandrol), 对肝 微粒体 药酶系 统有明 显诱导 作用, 使细 胞色素 P«。、 NADPH- 细 胞色素 F <s 。还 原酶. 
氨基比 林脱甲 基酶、 肝 微粒体 蛋白质 等的含 量显著 增加, 有学 者对五 味子乙 素诱导 药酶细 胞色素 P" 。的 生物 
合 成进行 了实验 观察, 对正 常小鼠 每日灌 胃五味 子乙素 150mg/k g , 共 3 日 处死, 分离微 粒体, 测其 细胞色 
素 P«,、 蛋 白质、 RNA 及磷 脂含量 (见表 U-7). 发现实 验组的 细胞色 素1^ 。及蛋 白质 均明显 增加, 细 胞色素 
P«, 含量 几乎相 当于对 照组的 2 . 5 倍. 

OCH, 



H 8 CO— 
H s CO— 



\乙 



OH 



表 14-1 



l\ CH 

H ' C0 - V 
OCH, 

五 味子素 

五味 子乙素 对小鼠 肝微粒 体中细 胞色素 已 
RNA 和磷 脂含量 的影响 



蛋 白质、 





对照组 


实验组 


P 值 


肝蘆 g/l00g 


4.6±0*2 


5.2士0. 1 


<0. 05 


P"。 mmol/mg 蛋白质 


0. 12G±0. 013 


0.298 土 0.017 


<0.001 


g 白质 mg/g 


10,3±0.41 


11.9 土 0.64 


<0.05 


RNA mg/g 


0.93±0.09 


0. 95 ±0.03 


>0.05 


mg/g 


26.0±1.6 


29. 1 ±0.1 


>0.05 











一 323 — 



小 鼠注射 四氯化 碳后, 肝细胞 微粒体 细胞色 素^ 5 。含 量 显著 降低。 预 先服用 五味子 乙素, 则可完 全防止 

细胞色 素1^ 。的减 少, 甚 至比正 常对照 组还高 (表 14-8), 

" 表 14-8 五 味子乙 素对四 氯化碳 中毒小 鼠肝徽 粒体中 

细 胞色素 P 45 。、 蛋 白质、 及 RNA 含 量影响 





正常组 


cci 4 m 


CC1 4 + 五味子 乙素组 


P+so mmol./mgSS 


0. 173±0. 012 


0*116 土 0. 015 


0.268 士 0* 008 


蛋白质 mg/g 


10. 1±0. 1 


10. 3 ±0.4 


12,7 士 0*6 


RNA mg/g 


0.81+0.06 


0.38 + 0.07 


0.88±0. 04 



结果 表明: 五味子 乙素保 肝和解 毒作用 等机理 可能主 要是诱 导药酶 所致。 因此, 五味子 有调节 肝脏功 
能的 作用, 是 常用的 滋补强 壮药。 

二、 药物 代谢酶 的抑制 

由 于微粒 体药酶 作用的 专一性 不高, 因而 一种药 物能抑 制另一 药物的 氧化, 如异 烟胼可 
抑 制苯妥 英钠等 药物的 代谢。 凡能使 药物代 谢酶活 性受抑 制的现 象称为 药物代 谢酶的 抑制, 
能抑 制药物 代谢酶 活性的 物质叫 做药物 代谢酶 抑制剂 e 这 类药物 抑制剂 研究得 最充分 的是镇 

痉药 二乙 氨乙基 二苯丙 乙酸酯 (其商 品名为 SKF-525A), 其 结构式 如下. • 



〇 







〇 



〉一 C— C— — CH 2 CH 2 N(C 2 ri 5 ), 

\一/ 1 

CH: 

CH, 

CH, 

SKF-525A 

SKF-525A 本身几 乎无药 理作用 ,但它 可抑制 微粒体 药酶的 作用。 如 抑制氧 化酶、 硝 基还原 
酶、 葡萄糖 醛酸移 换酶等 e 当动 物给予 SKF- 5 2 5A l 5 m g /kg, 再 注射己 巴比妥 100mg/kg, 
其陲眠 时间由 27min 延长到 80min, 己巴比 妥的半 衰期由 Mmin 增加到 60min, 当动 物苏醒 
后血 中己巴 比妥浓 度与对 照组则 无多大 差别。 其 抑制的 机理可 能是既 妨碍细 胞色素 。的生 
成, 也抑制 药物的 还原。 

• 许多药 物如甲 氰咪呱 、异 烟肼、 氯霉素 等都是 * 药酶" 抑 制剂. 此外' 还有些 酶也参 加药物 代谢, 如血浆 
胆碱 酯酶水 解乙酰 胆碱, 当胆碱 酯酶被 抑制时 也可增 强某些 药物的 作用。 中 药石蒜 含有石 蒜胺碱 (Lycora 一 
mine). 石蒜碱 (Lycorine) 、雪花 莲胺碱 (加兰 他敏; Galanthamine) 等 多种生 物碱。 加兰他 敏是可 逆性胆 
碱 酯酶抑 制剂. 石 蒜胺碱 是加兰 他敏的 二氢衍 生物' 也能抑 制胆喊 酯酶。 在 体内或 体外试 验中' 石 蒜喊能 
抑制 小鼠艾 氏腹水 垴细胞 的无氧 及有氧 酵解, 抑制三 羧酸循 环中的 脱氢酶 活性. 与 SKF_ 525 A 相似, 石蒜减 
也能抑 制药物 代谢, 但作用 较弱. 中 药甘草 所含的 甘草酸 衍生物 对肾脏 Na+、 K + 的转移 起重要 作用. 实验 
证明, 甘草鲛 单铵盐 (Ammonium Glycyrrhizinate, AG) 强烈 抑制微 粒体中 Na+、 K+-ATP 酶的 活性. 
因此, 馐 康人服 用甘荜 浸脔后 出现贤 脏排泄 Na + 、 C1- 减少的 现象, 可能与 Na+、 K+-ATP 酶 活性受 抑制有 



― 324 — 



* 三、 药物代 谢的双 相作用 

少数 药物对 药物代 谢的影 响呈双 相作用 (Biphask action), 即在 用药最 初数小 时内是 酶抑制 作用: 
^ 后, 或再连 续给药 时呈现 酶诱导 作用. 例如, 尼可 刹米, 服 用后先 抑制后 诱导. 有抑 制作用 的药物 
SKF-525A. 服后 6 小时内 产生强 烈的代 谢抑制 作用, 到 24 小时后 又呈现 出诱导 作用。 再如 乙醇, 是出现 

诱导或 是抑制 肝药酶 活性, 则取 决于这 类制剂 的应用 情况。 长期 嗜酒者 对镇静 药与乙 醇的^ 感性 降低, 并 

发 现苯巴 比妥、 安宁及 乙醇从 血中清 除的速 度显著 提 高, 这 是由于 久服乙 醇后引 起肝药 Sffitii^ 加 所致, 
亦发现 苯妥英 钠在嗜 酒者身 上的代 谢速度 加快. 反之, 无 饮酒嗜 好者, 饮酒过 量时则 引起肝 药酶的 抑制. 

* 四、 年龄、 性别、 种属 等因素 的影响 

1. 年 龄因素 许 多生理 功能、 体液 分布、 血浆 蛋白的 含量等 均可因 年齡不 同而有 差异, 从而影 响药物 
在 体内的 吸收、 结合、 分布、 转化、 排 泄等. 临 床上, 经常 出现药 物对新 生儿、 特别 是早产 儿的药 效和副 
作用 比成人 为大的 情况. 除了药 物从肾 脏排出 困难、 血脑屛 障发育 不够完 善等原 因外, 在药 物代谢 上的缺 
陷 是重要 原因. 在胎 儿和新 生儿的 肝中, 内质 网的形 成还不 完全, 细胞色 素!^ 。以及 NADPH- 细 胞色素 
P« ,还原 II 活性 很差. 萄萄搪 醛酸基 转换酶 活性在 胎儿肝 脏中几 乎不能 测出。 其他 如乙酰 作用、 甘 氨酸结 
合 作用也 极低. 动物实 §i 证实, 乳幼 动物肝 微粒体 的药物 代谢能 力低、 对中枢 神经系 统药物 的感受 性比成 
熟动 物要高 得多, 老 年动物 的药物 代谢能 力也同 样较成 熟动物 低下。 如 幼龄大 鼠因酶 受苯巴 比妥的 诱导, 
活 性容易 上升; 高龄大 鼠诱导 生成细 胞色素 P" 。及 NADPH- 细 胞色素 P <5 。 还原 酶的能 力明显 减弱。 因此, 
老 年人因 酶诱导 困难, 药 物转化 能力的 下降, 对 一些药 物的效 用较敏 感而副 作用也 较大。 故 在临床 用药时 
对老 年人, 婴 幼儿的 剂量必 须严格 控制, 对某 些药物 不能用 按体重 或体表 面积折 箅小儿 用量, 应有 其特殊 
的小儿 剂量; 对 60 岁 以上老 年人的 用量, 一 般应按 成人剂 量酌减 

# 2. 性 别因素 个体对 一些药 物的感 受性存 在着性 别差异 ,这 点在临 床实践 和动物 实验中 已得到 证明. 
例如, 给同 样剂量 的环己 巴比妥 (短 时作用 的巴比 妥类安 眠药) 后, 雌鼠的 睡眠时 间约是 雄鼠的 4 倍. 但当 
苏 醍时, 两 性大鼠 的血浆 环己巴 比妥水 平基本 相同。 同时, 雄鼠体 内药物 的代谢 要比雌 鼠快, 转化 环己巴 
比妥 的肝微 粒体^ 的活 性比雌 鼠大. 由此 可见, 雌 雄动物 对药物 反应性 的差异 来源于 不同性 别动物 的肝微 
粒 体药物 代谢酶 活性的 不同. 

# 3. 种 属因素 不 同种属 的动物 在药物 的生物 转化上 是有差 别的, 药物 代谢的 速度、 方 式可以 不同。 
不同 的种属 也可以 有完全 不同的 代谢途 径来处 理同一 药物。 有资料 表明, 猫体 内的葡 萄糖醛 酸苷类 结合作 
用的 重要性 相对地 比其它 种属动 物差. 如 致癌药 茆基乙 酰胺, 只有 3% 的剂 量在猫 体内是 以蔔萄 糖醛酸 
苷形式 排泄, 而 豚鼠以 这种形 式排出 的量为 剂量的 60〜80%。 又如双 香豆素 乙酯, 是一 种抗凝 血药, 在人 
和兔体 内的代 谢速度 都很快 (每 小时约 20%). 人体是 通过环 羟基化 代谢, 兔是 通过酯 键的水 解形成 无活性 
的游 离酸, 相反, 狗代 谢此药 的速度 则很慢 (每 小时约 3%). 在寻 找短时 间作用 的双香 豆素衍 生物筛 选过程 
中, 若 以对狗 的研究 结果为 依据, 双香 豆素乙 酯将祓 淘汰; 而 对兔的 研究, 该 药则被 入选。 因此, 将动物 
药 理实验 资料应 用于人 体时要 慎重! 

*4. 营养状 态与病 理状态 的影响 磷脂 对肝微 粒体酶 系功能 的维持 有密切 关系。 当食物 中缺乏 合成磷 
脂的原 料时即 影响微 粒体中 磷脂的 合成, 从 而影响 肝微粒 体酶的 功能, 影响 药物的 代谢. 食 物中玦 乏钙、 
磷、 锌使细 胞色素 P"。 减少; 缺乏 维生素 E、 C 使 肝微粒 体的药 酶活性 降低: 缺乏 维生素 B, 使肝及 肠菌的 
偶 氣还原 酶活性 下降; 体内蛋 白质缺 乏时, 肝细胞 分化减 馁, 细 胞色素 。及 NADPH- 细 胞色素 P", 还原 
酶活 性显著 下^, 酶诱 导也受 影响. 可见, 机 体营养 状态与 药物代 谢密切 有关. 

病理因 素的影 响也是 显而易 见的, 尤其是 肝脏的 实质性 病变, 可以改 变肝微 粒体药 物代谢 靡的 活性. 
在肝 内代谢 的药物 其半衰 期可能 延长, 其作 用也将 延长. 如大鼠 的再生 肝脏, 药物 代谢酶 活性显 -苫 降低, 



一- 325 一 



代谢 环己巴 比妥、 氯丙嗪 和对氯 苯甲酸 的能力 降低. 呈恶 性生长 的动物 肝癌细 胞的微 粒体药 物代谢 几 
乎 没有转 化这些 药物的 活性。 肝癌细 胞微粒 体几乎 无侧链 氧化、 羟基化 和去烷 基化的 活性, 在癌细 胞中细 
胞色素 的含 量低, 在移植 性肝癌 中也有 类似的 情况, 而癌 组织近 旁组织 则与正 常组织 相同. 严重 的肝炎 

和 肝硬化 患者, 其肝 脏中细 胞色素 P« 。含量 可降至 正常的 609& 左右。 因此, 对肝病 患者用 药尤应 慎重. 

•5. 复方 与药效 复合 剂即两 种或两 种以上 的药物 联合应 用时, 应 注意药 物之间 的相互 作用. 据 报道, 
同时用 3〜5 种 药物的 病人, 药物 相互作 用的发 生率是 18. 6%, 若同 时应用 6 种或更 多的药 物时, 其 相互作 
用 的发生 率可达 81.4%. 这种 在体内 发生的 药物作 用和药 物之间 的相互 影响, 可表现 在药物 吸收、 分布、 
代谢 及排泄 等各个 方面, 它们 可以是 作用的 增强或 减弱, 也可以 是作用 时间的 延长或 缩短. 黄嘌呤 氧化酶 
可 作用于 与天然 存在的 黄嘌呤 相类似 的药物 6_ 巯基 嘌呤, 使它被 氧化为 6- 硫代尿 酸从而 失去其 抗肿瘤 作用. 
经实验 证明, 别 嘌呤醇 (Allopurinol) 是有 效的黄 嘌呤氧 化酶竞 争性抑 制剂, 所以 别嘌吟 醇若与 6- 琉基嘌 
呤 合用, 可使 后者作 用明显 增强。 此点 说明, 两种药 物竞争 同一药 物代谢 酶而发 挥其对 代谢的 影响. 另一 
种 影响代 谢的方 式是直 接抑制 肝微粒 体酶, 降低其 活性。 如 氯霉素 和降血 糖药磺 酰脲类 联合给 药时, 由于 
氯 霉素抑 制肝微 粒体酶 活性, 使口服 降血糖 药的代 谢受到 抑制, 增强 了磺酰 脲类的 降血糖 作用。 

据 报道, 黄连、 黄柏、 大黄、 甘草 组成的 复方, 对 金黄色 葡葡球 菌代谢 影响的 研究中 发现: 黄 柏的主 
要 成分小 檗碱对 细菌的 呼吸及 RNA 合 成有强 烈抑制 作用; 大 黄抗菌 主要成 分为葸 醌衍生 物中的 1,9 二羟基 
蒽醌, 其抗 菌作用 是由于 它能与 DNA 结合, 抑制 DNA、 RNA 和 蛋白质 的生物 合成; 实验 证明, 黄 连的抗 
菌 作用与 小檗碱 一样, 它们的 作用机 制尚未 阐明, 但小檗 碱能强 烈抑制 酵母和 细菌糖 代谢中 丙酮酸 的氧化 
脱羧 过程; 甘 草所含 醇提取 物及甘 草酸钠 在体外 对金黄 色葡葡 球菌等 有抑制 作用, 甘 草次酸 在试管 中能增 
强小 檗碱抑 制金黄 色葡葡 球菌的 效力。 以此 配伍的 方剂, 可 影响细 菌的许 多代谢 环节, 能获 得优异 的抗菌 
效果, 且不易 产生耐 药性。 黄连 的抑菌 作用: 生黄连 > 炒黄连 > 焦黄连 >黄 连炭; 而 黄芩经 蒸煮后 的抑菌 
作用 大于生 黄芩. 可见, 黄连 以生用 为宜; 黄芩 以蒸、 煮、 酒炒者 为好. 

几 种中药 配伍可 产生协 同作用 以增加 疗效, 如补 中益气 汤中的 升麻和 柴胡, 在方 剂中对 其他药 有明显 
的协同 作用, 可以增 强这些 药物的 肠蠕动 效能, 若减 去这两 味药, 则 该汤剂 对肠燸 动作用 会明显 减弱; 若 
单用 这两药 又无此 作用。 再如 大黄、 黄连, 黄 柏及甘 草组成 的泻心 其 抗菌药 力大于 每种单 味药, 而且 
配 伍用药 还可减 轻毒副 反应。 所以, 有 关多种 中药复 合应用 时对药 物代谢 的影响 机理有 待深入 研究。 但至 
少可以 肯定, 在 以复合 方剂为 多见的 中药应 用中, 其配 伍是否 得当, 对 疗效的 影响是 至关重 要的. 

*6. 药物 之间的 相互作 用与拮 抗作用 有些作 用机理 相同或 相似的 药物, 在联合 用药中 有时会 影响药 

5 &, 在中 草药与 化学药 物之间 也会出 现相互 作用, 例如国 公酒、 远 志酊等 中药制 剂都含 乙醇, 若与 水合氯 
疫 同服会 生成乙 醇缩三 氯乙醛 而严重 中毒。 夏 枯草、 白 茅根、 金钱 草等起 利尿作 用的中 草药, 因含 大量钾 
离子, 若与安 体舒通 等保钾 利尿药 合用, 将会导 致高钾 血症, 

在 联合用 药中也 要注意 药物之 间出现 的拮抗 作用。 如 鹿茸、 参 茸等含 糖皮质 激素样 物质的 中药, 有升 
高 血糖的 作用, 若与胰 岛素等 降糖药 合用, 就产 生掊抗 作用。 山 楂丸、 五味子 丸等中 成药. 含酸性 成分, 
与磷酸 氢钠、 胃舒 平等碱 性药物 共服, 则导 致酸碱 中和, 降低 药效. . 

第四节 药物代 谢转化 的意义 

一、 清除外 来异物 

药 物在体 内产生 药效, 取决于 药物的 吸收与 分布; 其 作用的 终止, 则取决 于药物 在体内 
的生物 转化及 最后的 排泄。 虽 然某些 水溶性 药物在 体内可 不发生 化学结 构的改 变而以 原型从 
肾 排出, 但大多 数脂溶 性药物 都经历 不同程 度的化 学结构 改变, 使其形 成水溶 性的、 解离的 

代 谢物从 肾或肠 道排出 a 所以, 药 物转化 的生物 学意义 之一, 是 加快药 物的排 出以清 除外来 
— 326 — 



异物。 据此, 可把药 物转化 看作是 机体对 药物这 类异物 的防御 反应。 

二、 改 变药物 的活性 或毒性 

药物 在体内 经代谢 转化, 某些无 活性或 活性不 强的药 物可以 转变为 有活性 或活性 较强的 
药物。 但一般 地说, 药物的 活性或 毒性多 数是降 低的。 即使某 些药物 经转化 后尚具 活性, 机 
体仍能 通过逬 一步的 结合反 应解毒 并将其 排出。 

三、 对 体内活 性物质 的灭活 

体内生 理活性 物质在 发挥作 用后也 不断地 灭活, 如甲状 腺素与 葡萄糖 醛酸相 结甘而 灭活; 

肾上腺 素通过 0- 甲基 化和单 胺氧化 酶作用 而灭活 等等, 使之构 成动态 平衡, 以维持 正常生 

理 功能。 

四、 药 代研究 在新药 设计中 的作用 

参与 药物生 物转化 的因素 很多, 各种 药物在 体内的 转化过 程各不 相同。 按 我国有 关药政 
文件 规定, 报批 第一类 新药要 提供动 物及临 床的药 代动力 学试验 资料, 其 中包括 该药的 吸收、 
分布、 代谢、 排泄、 血 浆和组 织蛋白 结合, 以 及药效 和毒性 试验等 情况。 只有 进行了 对该药 
^药 理、 毒理、 药代动 力学、 临床 药理、 制剂、 生 产工艺 等一系 列工作 直到获 得政府 药政部 
门 M 准 生产、 投放市 场才算 完成对 该药的 全部" 研究" 与" 开发^ 可见, 药物代 谢的研 究在为 
寻找 新药 建立理 论基础 方面是 有非常 重要意 义的。 



— 327 一 



第 十五章 胆色 素代谢 

第一节 肝功 能概述 、 

胆 汁中的 色素, 主要指 胆红素 e 它的代 谢之所 以引起 大家的 兴趣, 是因为 这种橙 黄色的 
物 质在血 清或组 织内的 郁积, 常能灵 敏地反 映出肝 功能的 好坏。 因此, 肝脏在 胆色素 代谢中 
起重要 作用。 除此 以外, 肝脏还 有多种 功能。 例如, 肝 脏对机 体糖代 谢最突 出的影 响是维 ^ 
血粽浓 度的 恒定; 能将 果糖、 半乳 糖等转 化为葡 萄糖; 也是糖 异生的 场所, 能 将一些 非糖物 
质如生 ^気 基酸、 乳 酸及甘 油等转 化为葡 萄糖。 肝脏在 脂类的 消化、 吸收、 分解、 合 成及运 
输等代 谢过程 中均发 挥重要 作用。 它能 合成卵 磷脂, 协助脂 肪的运 ^ s 肝 不仅是 合成胆 
固醇的 重要器 官, 且能 特异的 将胆固 醇转变 成胆汁 酸盐。 

肝赃 能合 成血浆 蛋白, 特别是 清蛋白 对维持 血液中 的胶体 渗透压 起重要 作用。 它 还能合 

成 一些凝 血因子 (XH、 ]!、 X, 凝血 酶原) 及 纤维蛋 白等。 在肝 脏中转 氨基、 脱 氨基、 转 
甲基, 脱羧 基等 均进行 得异常 旺盛, 所以 是氨基 酸代谢 的主要 器官。 它不但 与糖、 脂类、 蛋 
白质代 谢密切 相关, 且与维 生素的 储存与 转化, 激素的 灭活等 ^谢 有关。 因此 肝脏是 人体内 
物 质代谢 的重要 器官。 

肝脏 能合成 和分泌 一些重 要的物 质输入 血液, 如一些 重要的 酶等。 也能将 血液中 的一些 
物质解 ^和 清除, 将有 毒性的 氨通过 鸟氨酸 循环生 成尿素 经肾脏 排出。 由于在 肝脏中 进行旺 

盛 的代谢 活动, 所以它 是体内 产热最 多的器 官之一 e 肝脏 &血浪 中某些 成分的 相对恒 定起调 
节 作用。 因此肝 赃在维 持体内 物质代 谢的正 常迸行 和内环 境的相 对稳定 方面具 有重要 意义。 

肝脏之 所以能 A 有如 此重要 的生理 功能, 这是由 于它具 有特定 的形态 结构和 生理学 :芷^ 
的缘故 。 在结构 上它主 要由肝 细胞、 网 状内皮 细胞和 胆道、 血管 系统所 构成。 它有门 静脉和 
肝 动脉双 重血液 供应, 肝 细胞索 之问有 丰富的 血窦, 为 血液与 肝细胞 之间的 物 质交换 提供了 
良好 条件。 同时肝 细胞膜 通透性 较大, 分 子量四 万以上 的蛋白 质也能 通过, 而一, 般细 胞膜分 
子量超 过一万 的蛋白 质就很 难通过 。这使 肝细胞 与血液 之间进 行着活 跃的、 有效 的物质 交换。 

肝细 胞中含 有丰富 的酶, 目 前已知 的有数 百种, 而其 中有些 则是肝 细胞所 特有。 例如, 
合成 尿素过 程中 的鸟氨 酸氨基 甲酰转 移酶, 仅存于 肝细胞 的线粒 体中。 催化芳 香族氨 ^酸及 
含硫 氨基锬 代谢的 很多^ 也主 要存在 于肝细 胞中。 这些活 性高、 且完备 的酶系 统也是 肝脏代 
谢功能 的物质 基础。 

中药 给药的 方法主 是经口 内服, 这些 中药的 水煎剂 成分, 在 肠道吸 收后绝 大多数 要入肝 

脏, 对肝细 跑的 代谢活 动产生 影响, 这 在改革 剂型和 设计新 药时必 须考虑 并进行 捡査。 

临 床上应 用的" 肝功能 "试验 是为 了了解 肝脏的 某种代 谢功能 的捡查 方法。 如^ 据 肝赃在 

蛋白 质代谢 中的作 用而设 计的: 血清 清蛋白 / 球蛋 白比值 (A/G), 血 浆蛋白 电泳, 靡香^ 酚 
浊 度试验 (TTT) 等。 根 据酶代 谢概况 而常用 的检査 则有血 清谷丙 转氨晦 (ALT, GPT), 谷 
草转 ^酶 (AST, GOT), 乳酸 脱氢^ (LDH) 及其同 功酶, 碱性 磷酸酶 (AKP) 等。 很据 
胆 色素代 谢而设 计的检 查则有 血清总 胆红素 测定, 直接胆 红素测 定等。 



一 328 一 



笫二节 胆 红素的 来源、 形成 及转运 



胆色素 包括胆 红素、 胆 绿素、 胆 素原和 胆素。 它们是 铁卟啉 化合物 在体内 分解代 谢的主 
要 产物, 这 些物质 除胆素 原外, 均 为有色 物质, 胆 素则是 胆素原 的脱氢 产物, 而胆绿 素的含 
量 极微, 因此, 胆色 素主要 是指胆 红素。 

―、 胆红素 的来源 及形成 

血 红蛋白 是红细 胞的主 要成分 (占 红细胞 干重的 95^)。 一 个成熟 红细胞 的正常 寿命约 
为 100〜120 天, 每 天约有 相当于 7.5S 血红 蛋白 的红细 胞衰老 破坏。 红细 胞衰 老后, 被单核 
呑 噬系统 (骨 髓肝、 脾) 中 的吞噬 细胞吞 噬破坏 而释放 出血红 蛋白。 

胆 红素主 要是由 血红蛋 白分解 而来, 正常人 由血红 蛋白分 解而产 生的胆 红素占 80〜85?&, 
其 余约有 15%〜20% 胆红 素来自 其他色 素蛋白 (包 括骨髓 内未成 熟红细 胞的破 坏以及 过氧化 
物酶、 过氧化 氢酶、 肌红 蛋白、 细胞色 素1)、 c、 P 45 。 等的分 解)。 

. 血红 蛋白由 珠蛋白 和辅基 血红素 组成, 血红素 是卟啉 K 和亚 铁离 子的络 合物, 呈 红色。 
原卟啉 K 是由 四个 吡咯环 组成的 卟啉衍 生物, 其卟 啉环的 1〜8 位的 H 分别为 4 个一 CH 3 (1、 
3、 5、 8 位), 2 个一 CH=CH: (2, 4 位) 及 2 个一 CH 2 CH 2 —COOH (6、 7 位) 所 取代, 
血红素 的结构 式见图 15-1。 




B 卜琳 血红素 

图 15-1 血红 素的结 构及血 红蛋白 的组成 



衰老 的红^ 胞主要 是在单 核呑噬 系统中 破坏, 其血 红蛋白 中的血 红素也 ^ 在这些 组织中 
分 解成胆 红素。 血红蛋 白的分 解过程 至今尚 未完全 清楚, 一浅 认为, 血红蛋 白脱去 珠蛋 白后, 
分 离出血 红素, 血红 素在微 粒体血 红素加 氧酶催 化下, 其 次 甲基桥 被氧化 靳裂, 释 放出一 
氧 化碳和 铁, 形成胆 绿素。 后者 在胆绿 素还原 酶的催 化下, 迅 速被还 原为胆 红素。 由 于此酶 
活性 很^, 故 胆绿^ 一般不 会堆积 或进入 血中。 胆红素 生成步 骤见图 15 - 2。 

近 年来证 明, 胆红 素分子 内部丙 酸基中 的氧原 子和吡 咯环上 的氮原 子形成 分子内 氢键, 

― 329 — 



、珠 蛋白 




胆红素 

图 15-2 胆红素 的形成 



使整个 分子形 成一种 卷曲的 形状。 胆 绿素分 子内有 双键, 旋转 受限, 故 不易形 成卷曲 结构。 
其分 子中亲 水基团 都暴露 在分子 表面, 因而 具有亲 水性。 而胆 红素则 不然, 整 个分子 氢键形 

成 卷曲且 成舟状 r' 亲 水基团 已被埋 在分子 内部, 疏水基 团暴露 在分子 表面, 这 就使胆 红素显 

示亲脂 性和疏 水性。 其 卷曲结 构见图 15 - 3。 



V 



I M : — CH S 、 

y^QS. V: — CH=-CH 2 

p.—CHsCHzOOOa 




Mf 



p 



5CH 



XNH 

\ 

NH 



V 



CQ.CH 




o 

H 



- 330- 



V 、C、CH ? _CH 2 , CHe 
图 15-3 (上) 胆红 素结构 (下) 胆红 素空间 构型氢 键位置 

二、 胆红素 的转运 

在有关 组织、 细胞 中形成 的胆红 素进入 血液, 由 于它未 经肝细 胞结合 转化, 故称 为未结 
合 胆红素 或游离 胆红素 (或间 接胆红 素), 正常血 液中含 量少于 13.7^imol/L, 具有脂 溶性, 
不 溶于血 浆中, 故当其 进入血 液后, 与血浆 清蛋白 结合, 以胆红 素一清 蛋白复 合体的 形式存 
在 并进行 运输。 a 和 P 球蛋 白的分 子上也 能结合 少量胆 红素。 这 使胆红 素固定 于蛋白 质大分 
子上, 一方 面改变 了胆红 素的脂 溶性, 另 一方面 又限制 了它自 由透过 各种生 物膜的 能力。 因 
此, 一 般认为 血液中 游离型 胆红素 极少, 且不能 通过肾 小球。 

血浆中 某些有 机阴离 子或药 物能与 胆红素 竞争与 清蛋白 结合, 游 离出未 结合胆 红素, 后 
者的亲 脂性能 进入细 胞内, 特 别是与 脑组织 基底核 的脂类 结合, 产生核 黄疸, 可引起 严重的 
神 经系统 症状。 因此, 在新生 儿高胆 红素血 症时, 磺 胺药、 利尿 剂及水 杨酸等 药临床 应用要 
慎重。 

第三节 胆红素 在肝、 肠内 的转变 
肝脏 在胆红 素代谢 过程中 起重要 作用, 包 括肝细 胞对胆 红素的 摄取、 结合 和排泄 三个过 

程。 

一、 肝 细胞对 胆红素 的摄取 和转化 

肝细胞 能迅速 并选择 性的从 M 浆中 摄取胆 红素。 在肝 血窦侧 的肝细 胞膜附 近有特 异性的 
载体 系统, 即受 体蛋白 ¥和2。 它们 均能特 异地结 合包括 胆红素 在内的 有机阴 离子。 特别是 
Y 蛋白, 结 合能力 很强, 是 胆红尜 的第一 载体, Z 蛋白 是第二 载体, 后 者主要 参与脂 肪酸的 
转运。 

当血液 进入肝 脏后, 敁沽^ 白结合 的胆红 素则游 离出来 进入肝 细胞, 并立 即与载 体蛋白 
结合而 成胆 红素一 Y 蛋白 (:乂 Z 蛋白) 的形式 运输。 胆红 素被运 至肝细 胞内质 网中进 行转化 《 
肝 细胞对 胆红索 进行转 化的主 要方式 是结合 反应, 在 酶的催 化下, 其侧 链丙酸 S 的羧^ 



— 331 一 



与 葡萄糖 醛酸相 结合, 生 成葡萄 糖醛酸 胆红素 (Bilirubin glucuronide), 假如 以一侧 羧基相 
结 合则为 单酯, 二个羧 基均结 合则为 双酯, 其结构 式见图 此即为 结合胆 红素, 也称为 
直接胆 红素。 




图 15-4 葡 萄溏醛 酸胆红 素双酯 的结构 

单酯 和双酯 两者排 出肝细 胞进入 胆汁, 约占 胆汁中 胆红素 总量的 75%, 而 以双酯 为主, 这 
种胆 红素为 结合胆 红素。 由极 性很低 的脂溶 性游离 型胆红 素转变 为极性 较强的 水溶性 结合型 
胆 红素, 易于 经肾脏 排出。 胆红素 尚可与 硫酸结 合成硫 酸酯。 

现 将游离 胆红素 与结合 胆红素 的区别 列于表 15 - 1。 



表 15-1 游离 胆红素 与结合 胆红素 的区别 





游离 胆红素 
(或 间接胆 红素) 


结合 胆红素 
(或 直接胆 红索) 


与 侗氮试 剂反应 


间 接反应 






直 接反应 


(范 登白 试验) 










溶于水 








+ 


溶于 脂溶剂 


+ 








经 尿排泄 
经胆 汁排泄 


极少 






+ 
+ 


对脑 组织的 亲和性 










肠 it 再吸收 


+ 









• 范登. 白 (Vac den Bergh) 试验的 基本原 理是: 胆红 素可 与重氮 试剂作 用生成 紫红色 偶氮化 合物. 依据 
是否 出现颜 色反应 及颜色 深浅的 程度, 以 帮助判 断胆红 素的种 类和含 量正常 与否, 这 是临床 上常用 来鉴别 
胆 红素的 方法, 

游离 胆红素 由于其 侧链上 二个丙 酸羧基 与对侧 吡咯环 上氮及 氧原子 间以分 子内氢 键结合 (图 15-3), 形 
成 一个内 旋的结 抅, 从而 所有的 亲水基 团均被 一层疏 水基团 覆盖, 故不 能直接 与重氮 试剂起 反应. 必须先 
加入 酒精或 尿素使 氢键破 坏后, 才能与 重氣试 剂生成 紫红色 偶氮化 合物, 即所谓 "间接 "反应 "阳 性". 所以 
来 结合的 游离胆 红素又 称间接 反应胆 红素或 间接胆 红素。 结合胆 红素因 其侧链 丙酸羧 基已与 葡葡楗 醛酸结 
合, 不 能形成 分子内 氢键, 加入 重氮试 剂后, 即能直 接反应 而呈紫 红色, 即所谓 "直接 "反应 "阳 性". 所以 
结合胆 红素又 称直接 反应胆 红素或 真接胆 红素. 

胆 红^^ 入肝细 胞后, 由 于其立 即与载 体蛋白 结合, 就 不再返 越出细 胞膜, 这样 促使了 
胆红素 不断进 入肝细 胞内。 从而 不断的 与葡萄 糖醛酸 结合, 形成 单酯或 双酯, 经毛细 胆管排 
入 胆道, 成为 胆汁的 一种特 征性的 组分。 

&萄 糖醛酸 胆红素 的生成 是在肝 细胞微 粒体中 进行, 催化 的酶是 胆红素 UDP 葡 ^ 塘璲 



— 332 — 



葡萄搪 

— ATP 

<«[ 

卜 ADP 

葡萄搪 — 



(2) 

葡萄糖 *~1 一: P 
'UTP 



(3) 

UDP 葡萄搪 



卜 PPi 



胆红素 

葡萄糖 SHfe 胆红素 



、 

1(5) 

'-人 



L-NAD 
(《 

f^NADH+H: 

UDP 葡萄 




ADP 



UDP 




(1) 葡萄糖 ^酶 

(2) 磷酸^ 萄 粽变位 IB 

(3) 镄焦 辚跌 化酶 

(4) UDP- 葡 萄锘脱 SL 酶 

(5) 胆红素 UDP- 葡萄糖 醛酸基 转换酶 



ATP 



UTP: 尿苷 三磷酸 
UDP: 尿苷二 6? 酸 

ppi: Umm 

NAD + : 氧化 型辅酶 I 
NADH : 还原 型辅酶 I 
P: 舰基 
ATP: 腺苷 三磷酸 
ADP: 腺苷 二磷睃 



图 15-5 葡萄 糖醛酸 胆红素 的生成 
酸 移换酶 (UDP-glucuronyl transferase), 使侧 链丙酸 的羧基 与葡萄 糖半编 61^ 基 结合, 
UDP 葡萄糖 ^酸 (UDPGA) 作为 葡萄糖 醛酸的 供体, 而 UDPGA 可来 自肝细 胞的糖 代谢。 
其 生成的 具体过 程见图 15-5。 

结合 胆红素 自肝细 胞释放 至毛细 胆管, 这种排 泄绝不 是单纯 的扩散 作用。 因为, 在毛细 
胆 管中这 种胆红 素的浓 度远高 于肝细 胞中的 浓度, 因此肝 细胞排 出胆红 素是逆 浓度梯 度的主 
动转运 过程, 这 是胆红 素代谢 的限速 过程。 其排泄 速度, 主要 取决于 肝细胞 摄取、 结 合和排 
泄胆 红素的 能力。 动物 实验 证明, 肝 脏处理 胆红素 的潜力 很大, 即使发 生溶血 产生大 量胆红 
素, 只要 没有肝 细胞的 损害, 血 清间接 胆红素 均不能 蓄积, 仅不 过暂时 轻度升 高而已 , 

二、 胆 红素在 肠道内 的转变 

结合 胆红素 随胆汁 排至肠 道后, 在回肠 末端至 结肠的 部位, 在肠菌 ^的作 用下, 大部分 
水解 脱去 葡萄糖 醛酸, 然后 逐步被 还原, 形成多 种无色 产物, 即中胆 素原, 粪胆 素原, 尿胆 
素原, 统 称为胆 素原。 粪胆素 原在旸 道下端 大约有 总量的 80〜90% 随^ 便排 出, 如与 空气接 
触, 可被氧 化成粪 胆素, 颜色 加深, 具有棕 黄色, 统称 胆素, 为粪便 的主要 色素。 正 常人毎 
天从粪 便中排 出胆素 原约为 40〜280mg。 

在小肠 下端生 成的胆 素原约 10〜20% 可被 肠站^ 重 吸收, 再经 门静脉 而转入 肝脏, 大^ 
分 以原型 再排入 胆道, 此即构 成胆色 ^的 肠肝 循环。 另一 小部 分进入 体循环 后随尿 排出, ;: 匕 



一 m 一 



ft] 称 为尿胆 素原, 它与 空气接 触后氧 化成尿 胆素, 使小 便颜色 加深。 

正 常人肠 道中的 胆红素 可有极 少量被 重吸收 入血, 通 过门静 脉转入 肝脏, 构 成肠肝 循环。 
实验 证明, 游离胆 红素在 肠道容 易被重 吸收。 正 常成人 胆红素 在到达 小肠末 端前, 一 直是以 
结 合型存 在的, 故 被重吸 收的量 极微。 在 新生儿 体内, 其肠 道菌尚 未生长 完全, 但含 较多的 
葡萄糖 苷酶, 故 肠中胆 红素大 多被水 解为游 离型, 而其 它转化 较少, 因而 重吸收 增加, 以至 
血 中胆红 素浓度 增高, 这可 能是新 生儿发 生生理 性黄疸 的因素 之一。 

尿的酸 碱度也 影响胆 红素的 排出, 碱性尿 增加胆 红素的 溶解, 因 而碱中 毒时, 胆 红素排 
出量 增加。 反之, 酸中 毒时, 胆红 素排出 下降。 这 些现象 说明肾 小管对 胆红素 的排出 及重吸 
收具 有调节 作用。 

吸 收入血 的胆素 原也有 80% 与 蛋白质 结合, 仅极 小部分 通过肾 小球, 且在 肾小管 内再吸 
收一 部分, 其余在 远曲小 管随尿 排出。 

胆红素 的正常 代谢过 程可概 括为图 15 - 6。 

R 状内 皮系统 




[^胆 厣族 


正常 (+ ) 






类 胆原族 正 常 (++) 


0.8-6. 8ft 


DO]/d 








|ja 红索 


(-) 










图 15- 


■6 


胆红 素的正 常代谢 示意图 



* 第四节 胆红 素代谢 异常与 中医药 



胆 红素代 谢的全 过程, 每 一步都 涉及到 特异性 的酶和 特殊功 能的蛋 白质, 胆红素 的来源 和去路 是保持 

动态平 衡的, 正 常人血 中胆红 素浓度 极低, 仅为 1.7〜17^mol/L (lmg/dl 以下 ), 范 登白试 验间接 反应弱 
阳性, 一旦这 个平衡 失常, 就 会造成 疾病, 肝胆系 统疾病 在临床 多见, 或多或 少影响 胆红素 代谢. 



一、 高胆红 素血症 和黄疸 

当胆红 素代谢 发生障 碍时, 导 Sc 胆 红素在 血中的 潴留, 引起高 胆红素 血症, 将组织 染黄, 特别是 巩膜和 



一 334 — 



皮 肤更为 明显, 易于 察觉, 临床 上称为 黄疸. 若 血清胆 红素浓 度增高 未超过 3 仆 mol/L, 肉眼 不易察 觉组织 
黄染, 则称 为隐性 黄疸. 

引起 高胆红 素血症 的原因 很多, 可概括 为胆红 素的来 源增多 或去路 受阻两 方面. 来源增 多如溶 血性疾 
病, 红细 胞大量 破坏, 超过了 肝细胞 处理的 能力, 因此 血中增 加的为 游离胆 红素' 它是脂 溶性' 不 能从尿 
中 排出, 对组织 中的脂 类有很 强的亲 和力, 很容易 进入脑 组织, 并与脑 部基底 核的脂 类结合 而成核 黄疸, 
造成 对机体 的毒害 作用, 此 即所谓 肝前性 黄疸。 如错误 输血. 疟疾. 毒蛇咬 伤等' 都可 引起溶 血性黄 疸. 

当 肝脏实 质细胞 受损, 肝 功能严 重损伤 (如 肝炎) 时, 肝细胞 摄取、 转化 和形成 结合胆 红素的 能力下 
降, 从而 使正常 衰老红 细胞破 坏产生 的游离 胆红素 在血中 潴留。 另一 方面仍 有正常 的肝细 胞处理 产生的 结 
合 型胆红 素而因 肝毛细 胆管的 阻塞使 结合型 胆红素 返溢于 血中, 结果造 成血中 直接和 间接胆 红素的 增加, 此 
即肝原 性黄疸 或称肝 细胞性 黄疸。 

当 胆道梗 阻时, 肝细胞 功能尚 未严重 受损, 使结合 型胆红 素排出 受阻, 而返流 入血, 导 致血中 直接胆 
红 素含量 增加, 因此, 可随尿 排出, 尿 色呈啤 酒状. 由于胆 红素不 能排入 肠道, 不能 形成胆 素原及 胆素, 
所以粪 便呈灰 白色, 此即 梗阻性 黄疸, 也即 肝后性 黄疸。 

临 床上, 常对血 浆中两 种胆红 素进行 鉴别, 因为测 定血清 中胆红 素的性 质和含 量对了 解黄疸 的原因 及 
严 重程度 有重要 意义. 

二、 中 药的保 肝作用 

当 肝脏受 到致病 因子如 病毒、 细 菌等侵 害时, 或 受到有 害毒物 CC1,、 有机溶 剂如丙 酮等作 用时, 或者 
在治疗 疾病过 程中, 使用 一些对 肝脏有 损害的 药物如 苯巴比 妥等, 临床 上为减 少有害 因子对 肝脏的 损伤, 
保护肝 功能, 往往 使用一 些保肝 药物, 以促进 肝细胞 的休养 生息, 是治 疗肝病 的重要 原则。 常用的 保肝化 
学药 品有葡 萄糖、 葡 萄糖醛 酸内酯 (肝太 乐)、 胆碱、 肌苷、 辅酶 A、 ATP 及维生 素等. 

实验 证明, 治疗肝 脏疾病 的中药 有保肝 作用, 如五 味子、 垂 盆草、 枸杞 子等。 五 味子能 减轻肝 细胞的 
变性, 对线 粒体、 溶酶体 有保护 作用, 能 减轻肝 细胞的 损伤, 以利于 肝细胞 再生. 它能增 加肝糖 原的生 
成, 促进糖 异生, 使脑、 肝 及肌肉 组织中 果糖及 葡萄糖 的磷酸 化过程 加强。 其提 取物能 改善机 体对糖 的利用 • 

枸杞 子中含 多种维 生素, 如 含胡萝 卜素、 硫 胺素、 核 黄素、 菸酸和 抗坏血 酸等. 还 分离出 P- 谷 甾醇、 
亚油 酸等。 枸 杞子的 抗脂肪 肝作用 主要表 现在抑 制脂肪 在肝细 胞内的 沉积, 促进 肝细胞 新生。 它的 水提取 
物的 抗脂肪 肝作用 还表现 在防止 CC1, 引起的 肝功能 紊乱。 如长 期口服 枸杞子 水提取 物或甜 菜碱, 可 升高血 
及肝中 的磷脂 水平。 受 CC1 4 毒害的 大鼠, 肝中 磷脂, 总胆固 醇含量 减低, 如以 甜菜碱 及枸杞 子水提 取物内 
服, 上 述指标 均有升 高外, 且 BSP、 GPT. AKP 和 胆碱酯 酶等指 标均有 改善。 

垂盆草 有降转 氨酶的 作用, 能改 善肝炎 症状, 目前 证明, 降 低酶活 性的有 效成分 是垂盆 草甙. 

三、 常 用的利 胆中药 

黄疸是 胆红素 代谢异 常最常 见的临 床症状 之一, 中医将 黄疸分 为阳黄 和阴黄 二种. 阳黄 则黄色 鲜明, 
皮 肤及巩 膜呈橘 黄色, 小便黄 如浓茶 汁或啤 酒状, 如急性 黄疸性 肝炎。 

血 中游离 胆红素 增多, 较 难透过 毛细血 管壁, 故 组织染 色浅, 而结 合型胆 红素增 多易于 透过毛 细血管 
壁, 使组 织黄染 色深, 故肤色 鲜黄, 

阴黄 则为阳 黄转化 而成, 由于胆 红素长 久蓄积 和深入 组织, 部 分已氧 化成胆 绿素, 故患 者皮肤 和巩膜 
呈 晦暗黄 色如烟 熏状, 往 往病势 缓慢, 久延 不愈, 如肝 癌等。 

胆色素 的排泄 畅通, 使蓄 积的胆 红素被 清除, 对恢 复肝细 胞的正 常功能 有重要 意义. 有 些中药 有很好 
的利胆 作用, 能 促进胆 红素的 排泄, 增 加胆汁 流量. 常 用的有 茵陈、 金 钱草、 山栀、 郁金、 黄芩、 大黄和 
玄明 粉等. 中药 方剂, 以茵陈 蒿汤为 代表, 自 古沿用 至今, 有退黄 利湿的 功效. 该方已 制成注 射剂, 名茵 
枝黄注 射液. 



一 335 一 



另有用 苦参, 大黄、 茵陈、 大 青叶, 柴 胡等制 成的苦 黄注射 液, 临床 应用也 有清热 解毒, 利胆, 退黄 
作用. 

茵陈: 临 宋观察 茵陈蒿 汤治疗 急性黄 疸性肝 炎的治 疗率达 95%. 其退 黄机理 还需要 进一步 研究. 但应 
用此 方治疗 时可见 肝细胞 气球样 变性、 脂变、 坏 死明显 减轻, 最突 出的表 现是肝 细胞肿 胀明显 减轻, 肝 血 
窦 显露, 这就 减轻了 肝内微 循环的 梗阻. 肝 内糖原 也明显 增多, RNA 含 量恢复 到近于 正常. 降低转 氨酶的 
作用, 可能是 通过减 轻或修 复肝细 胞的结 构与功 能而实 现的. 

最近报 道茵陈 胆道汤 (茵 陈, 柴胡、 金 钱草、 栀子、 黄芩、 木香、 枳壳、 大黄) 不 但能使 胆汁引 流量增 
加 10. 296 , 还能使 胆汁中 胆酸、 胆 固醇、 磷 脂浓度 增加, 胆红 素浓度 下降, 葡萄糖 苷酸酶 的活性 下降, 这说明 
上 述方剂 不仅是 一种利 胆剂, 且能影 响胆汁 中有形 成分的 分泌和 排泄, 服用 上述药 物后, 达到疏 肝利胆 作用. 

茵陈含 利胆作 用的有 效成分 为蒿属 香豆精 (Scoparone), 即 6, 7- 二 甲氧基 香豆精 (6, 7 dimethoxy- 
Coumarin). 以及 绿原酸 (Chlorogenic acid) 和 咖啡酸 (Coffek acid). 茵陈煎 剂对正 常人的 胆囊收 
缩仅表 现轻度 缩小, 容积 • 改变不 显著, 但能 降低括 约肌紧 张度。 

用其有 效成分 6, 7- 二 甲氧基 香豆素 给实验 动物灌 注半小 时后, 胆汁分 泌量平 均增加 50〜180%, 3 小 
时后平 均可达 73. 8%. 茵陈中 还有另 一利胆 成分为 4- 羟基 苯乙酮 (4-hydroxy acetophenone), 在 十二指 
肠给 药时, 有明显 的利胆 作用. 对 引起 急性肝 损伤的 大鼠, 胆 汁分泌 量增加 37. 7%, 并 增加胆 汁中的 
固体 成分, 胆 酸及胆 红素的 排泄. 栀子 与茵陈 合用, 对 促进胆 汁分泌 有协同 作用. 近 年来又 从茵陈 中分离 
出茵陈 还原酮 及甲基 茵陈还 原酮, 其利胆 效力比 上述有 效成分 更强。 

金 钱草: 为 另一常 用利胆 中药, 大 鼠实验 证明, 金钱草 有明显 促进胆 汁分泌 和排泄 作用. 也能 使胆酸 
分泌量 增加. 由 于它的 利胆作 用使胆 管内泥 沙状结 石易于 排出, 使胆 管阻塞 和疼痛 减轻, 黄疸 消退. 排石 
汤的 主要成 份是金 钱草, 用 狗实验 观察, 灌注 排石汤 10〜20min, 胆汁流 量显著 增加, 为用 药前的 3〜20 倍, 
而 胆汁中 固体成 分显著 减少. 对胆 瘘病人 实验也 出现上 述相同 结果。 排 石汤也 可阻止 胆汁中 胆红素 结石组 
份沉淀 出来。 对胆 石生成 有预防 效果。 且能明 显抑制 胆汁中 P- 葡 萄糖苷 酸酶的 活性. 

牛黄和 熊胆: 给大 鼠灌服 牛黄水 提取液 可使胆 汁分泌 明显增 加,, 效 力与去 氢胆酸 相仿, 采用保 留奥狄 
氏括约 肌的猎 总胆管 标本进 行体外 实验, 牛黄与 牛胆汁 均有松 弛总胆 管与括 约肌的 作用, 在 整体条 件下, 可 
借 此促使 胆汁排 入十二 指肠。 

熊胆 主要含 熊去氧 胆酸, 其余为 鹅去氧 胆酸, 去氧胆 酸和胆 酸等. 它们 均有促 进胆汁 分泌的 作用, 且 
有不 同程度 使括约 肌松弛 作用. 在 整体情 况下, 可能通 过此种 松弛使 胆汁排 入十二 指肠. 从 猴实验 证明, 鹅去 
氧胆 酸还可 使胆石 溶解, 减少胆 石的形 成率. 故熊胆 汁配伍 郁金、 姜黄 和茵陈 蒿加水 煎服, 能治疗 胆结石 
胆 道炎和 黄疸. 

片 姜黄: 煎剂和 ^剂 能增加 狗胆汁 分泌, 使 胆汁成 分恢复 正常, 增加 胆囊的 收缩作 用弱而 持久, 可持 
续 1〜2 小时. 有效 成分姜 黄素或 其钠盐 注入狗 静脉, 可减 少胆汁 中固体 成分的 含量, 而增加 胆汁的 分泌. 

玉 米须: 其制剂 能增加 胆汁的 分泌和 排泄, 使胆 汁内的 有机物 和渣质 减少, 降低其 粘度和 比重, 减少 
胆红素 含量. 人口服 玉米须 制剂后 15〜30min, 出 现胆嚢 反射性 收缩, 胆 汁排出 增加, 此作 用比镁 盐慢, 但 
较 持久, 且 不伴有 肠蠕动 增加和 浠便。 因 而可用 于无并 发症的 慢性胆 囊炎, 胆汁 排出障 碍的胆 管炎。 

甘草: 其 有效成 分甘草 甜素和 甘草次 酸可使 结扎总 胆管的 家兔、 大白 鼠的血 胆红素 降低, 尿 胆红素 排泄 
增加, 此作 用比葡 萄糖楚 酸内酯 或蛋氨 酸强. 用总 胆管造 瘘法, 甘草 甜素可 明显增 加家兔 的胆汁 分泌, 但对 
新生 儿黄疸 无效. 

半 边莲: 狗諍脉 注射半 边莲水 煎醇沉 淀制剂 1 克 /kg, 胆 汁流量 较给药 前增加 二倍, 给药 50 分 钟后作 
用达 高蜂, 胆 汁中固 体物胆 酸盐和 胆红素 的浓度 都有所 降低, 

也 有报道 蒲公英 注射液 的利胆 效果较 茵陈煎 剂更为 显著, 其利 胆的活 性成分 在树脂 部分, 挥发 油的作 
用微 弱而不 稳定, 生 物碱及 其苷类 对胆汁 分泌无 影响. 参三七 注射液 也能增 加胆红 素排泄 和胆汁 流量. 

其它如 柴胡、 鳶蓄、 美人 蕉根, 龙 胆莩、 白花蛇 舌草、 陈皮、 垂 盆草、 元 参等中 药均有 不同程 度的促 
进胆汁 的排泄 作用. 

― 336 ― 



第 十六章 中药的 生化成 分与生 化药物 

第一节 中 药的生 化成分 

中药 的生化 成分, 包括氨 基酸、 蛋 白质、 糖、 脂类、 有 机酸、 维 生素和 微量元 素等, 是 
中药 原植物 或原动 物新陈 代谢的 中间产 物或终 产物, 也 是其结 构物质 或营养 成分; 有 些还是 
其 保护自 身免遭 损伤的 物质; 有些^ : 人体有 营养作 用并具 有一定 的生物 活性、 药理或 毒理效 
应, 为 中药防 治疾病 和抗衰 老的一 类有效 成分。 随 着生化 科学的 进展, 中药生 化成分 的研究 
也渐被 人们所 重视。 

一、 研 究中药 生化成 分的重 要意义 

中 药生化 成分的 研究, 大 致有以 下几个 方面的 意义。 

1. 特 征成分 可作为 植物科 属分类 的依据 按 化学成 分作为 植物分 类学的 依据, 是 近几十 
年来 发展起 来的一 种分类 方法, 有 许多生 化成分 可作为 分类的 依据。 如 罌粟酸 是罂粟 属及其 

有关植 物的化 学分类 的特征 成分。 蔷薇科 植物含 有糖醇 (D- 甘露 糖醇、 山梨糖 醇)、 咖 啡酸和 
对羟桂 皮酸, 而 不含有 景天庚 酮糖。 亚 麻酸在 蔷薇科 的含量 较多, 在梨 亚科则 很少, 李亚科 
则不 含有。 芸 实亚科 一些种 子中含 有不常 见的氨 基黢, 可作 为鉴定 的参考 成分, 如大 托叶芸 
实含 Y- 甲基谷 氨酸、 亚 甲基谷 氨酸和 亚 乙基谷 氨酸。 

2. 特 征成分 可指导 中药的 栽培、 采集 和加工 中药的 某些有 效成分 为生化 成分, 可测 
定不同 季节、 不 同组织 器官、 不同产 地以及 不同加 工方法 的中药 生化成 分含量 变化, 为中药 
的栽培 条件、 采集 时间、 采 集的药 用部位 和加工 方法提 供参考 依据, 尽 可能提 高药材 生化有 
效 成分的 含量, 减少生 化有效 成分的 丟失, 以提高 中药妁 质量, 如扳蓝 根主要 产区为 华北平 
原 和黄淮 流域, 其还原 糖含量 较高, 若 在南方 引种, 在 播种、 收获 时间等 条件不 适时, 则其 
还 原糖含 量往往 达不到 要求, 故可以 测定还 原搪为 指标, 来调 整栽培 条件。 大枣的 cAMP 含 
量在不 同生长 期差异 较大, 可测定 cAMP 含 量来确 定采集 时间。 一些水 泡或高 温下加 工中药 
材对其 生化成 分影响 很大, 可测 定生化 成分为 药材的 合理加 工提供 依据。 如阿 胶的氨 基酸成 
分 分析, 熟地、 何首 乌的糖 类成分 分析, 可作为 控制煎 煮时间 、蒸 制程度 等生产 工艺的 参考。 

3. 特征成 分可作 为选用 中药代 用品与 评价中 药质量 的指标 有些 中药以 生化成 分为其 
有效 成分, 则 可以这 些生化 成分为 指标, 来选用 中药代 用品, 从而扩 大中药 资源, 并 以此来 
评 价药材 质量。 如 冬虫夏 草氨基 酸成分 的定量 分析, 可作为 其他虫 草厲的 尺工培 养品的 参数, 
来评定 是否能 代用并 控制其 质量。 牛 黄生化 成分的 分析, 可作 为人工 牛黄^ 成的 依据。 

4. 有益于 探讨中 医治病 的机理 应用 中药治 疗疾病 已有几 千年的 历史, 通 过现代 分析方 

法, 了 中 药生化 成分, 对 阐明中 药疗效 的机理 有其重 要意义 e 如 太子参 有补^ 功能, 尤其 

在病 后恢复 期。 太子参 含糖约 20fo, 含 精氨酸 35.1timol/g (占 全部 游离氨 基鲛的 47 .0%), 
尚含 丰富的 天冬氨 酸和谷 氨酸, 它 们都是 人体在 蛋白质 代谢旺 盛时所 必需供 应的氨 基酸, 在 
疾病的 恢复期 补充糖 分和氨 基酸是 十分重 要的, 从 而说明 了太子 参的补 益作用 有其一 定的物 



一 537 — 



质 基础。 有 些中药 所含的 某些蛋 白质和 多糖类 成分是 其抗癌 的有效 成分, 对探 讨这些 中药疗 
效的物 质基础 有一定 意义。 

5. 为生 化研究 增添新 的工具 中药生 化成分 活性的 研究, 又 为生化 学科的 研究提 供新的 
有效 工具。 如当 归多糖 对补体 有一定 效应, 可促 进干扰 素诱导 生成, 故 以当归 多糖为 免疫增 
强 剂研究 干扰素 的诱导 生成。 从眼 镜蛇毒 分离的 磷脂酶 A, 可用 以研究 细胞膜 转运的 原理。 
从响 尾蛇毒 分离的 a- 蛋白 溶酶, 可 使肽键 断裂, 该酶又 被用于 分析蛋 白质的 氨基酸 序列。 有些 
生化 成分对 某些酶 有抑制 作用, 这 些成分 又可作 为酶抑 制剂, 用来研 究酶的 活性。 

二、 中 药的氨 基酸、 多肽、 蛋白质 类成分 

氨 基酸、 多肽、 蛋白质 广泛存 在于动 物类或 植物类 中药。 动物类 的中药 中含量 丰富, 植 
物 类的种 子和根 类的中 药含量 较多。 这 些成分 以往常 被认为 无药理 作用, 属于 无效成 分或有 
毒 成分。 近年来 的研究 证明, 许 多蛋白 质和多 肽乃是 中药材 的有效 成分, 具有多 种药理 效应, 
并 已提取 其粗制 品或纯 品用于 临床, 证 明有较 好的或 独特的 疗效。 



表 16-1 某 些中药 的游离 氨基酸 





缬 


异 


亮 


苯 

—— 1 


蛋 


色 


苏 


赖 


半胱 

1 


精 


组 


酪 


丝 


脯 


天冬 


谷 


丙 


甘 


天胺 


谷胺 


胱 


烽王浆 


V 


V 


V 




V 








V 




V 


V 


V 






1 


V 






1 




瓜 萎 




















V 












S/ 












天南星 


V 




V 
























V 


V 




V 








半 夏 


V' 




V 










V 




V 




V 






V 


V 


V 










马齿苋 






























V 


V 












jSa 賴 
Tit jiu, IK 


s/ 




s/ 














sy 




s/ 


sy 


















相思子 


V 






V 


















V 




V 




V 






V 




海 藻 


V 


V 


V 




















V 








V 


V 


V 






薄 荷 






















V 




V 






V 


V 


V 




V 




藏红花 


V 




V 








V 






V 








V 


V 


V 


V 


V 






V 


泽 泻 






































V 






天门冬 












































茯 苓 






















V 






















紫河车 




V 


V 


V 






V 










V 


V 




V 




V. 


V 








地 龙 








V 








V 




























含羞草 


V 


V 






V 


V 


V 


V 




V 


V 


s/ 


V 


V 


V 


V 


V 


V 


V 


V 




水飞蓟 


















V 


















V 








人 参 


\/ 


V 


V 








V 


V 




V 




V 






V 


V 


V 


V 


V 






太子参 




V 


V 








V 


V 






V 


V 


V 






V 




V 








冬虫草 


■V 


V 






V 




V 


V 




V 


V 






V 




V 


V 








V 


皂角刺 


V 


V 


V 






V 


V 


V 




V 


V 




V 




V 


V 


\/ 


V 






覆盆草 






V 










V 














\/ 














萱 草 
















V 




V 
















V 


V 






连钱享 


V 






















V 




V 


V 


V 






V 






蜈 蚣 


V 




V 


V 












V 


V 




V 








V 


V 








牛 黄 










V 










V 










V 














壁 虎 




V 


V 


V 






V 


\/ 




V 






V 




V 


V 




V 








(四 足蛇) 












































使君子 






V 








V 


V 










V 


V 




\/ 






V 






野藩薇 


V 


V 


V 


V 






V 


V 










V 


V 


V 




V 


V 









— 338 — 



1. 氨基酸 氨基鲛 是构成 S 白质 的基本 单位, 有些 氨基酸 是中药 某些有 效成分 如生物 
碱、 有机酸 等生物 合成的 前体。 氨基 酸除构 成蛋白 质外, 尚有 呈游离 状态存 在的。 如 黄瓜、 
茶叶含 游离精 氨酸, 野蔷薇 成熟果 实含游 离天冬 氨酸, 苏 氨酸、 甘, 氨酸、 缬 氨酸、 苯 丙氨酸 

和脯 氨酸。 一 些中药 所含游 离氨基 酸见表 16-1。 

还 有一些 呈游离 存在的 具有不 同取代 基的氨 基酸衍 生物, 如芸 实科种 子类中 药含有 丫- 甲 
基谷 氨酸、 "V- 亚 乙基谷 氨酸和 3- 羟甲苯 丙氨酸 e 枇 杷含有 4- 亚 甲基脯 氨酸。 葫芦科 种子中 
药含有 间-羟 基苯丙 氨酸和 N 4 - 甲 基天冬 酰胺。 萱草 含有磺 基丙氨 酸等。 

除了 构成蛋 白质的 20 种氨 基酸及 其衍生 物外, 其他非 蛋白质 组分的 氨基酸 也陆续 发现, 
已知有 300 余种, 具有各 种各样 的药理 作用。 常见 的有, 使君子 的驱蛔 有效成 分为使 君子氨 
^ (Quisqualic acid), 南瓜子 的驱血 吸虫和 绦虫的 有效成 分南瓜 子氨酸 (Cucurbitine), 大 
蒜的 抗菌有 效成分 的前体 蒜氨酸 (Allihi), 黄芪、 商陆、 蔓 荆子、 天 南星、 半 夏等中 药的降 
压成分 Y- 氨 基丁酸 (Y- Aminobutyrk acid), 褐藻 的降压 成分昆 布氨酸 (Laminine), 三七 
的止 血成分 P-N- 草酰 -L-ct, (3- 二氨 基丙酸 (Dencichine), 大 蒜和洋 葱的环 蒜氨酸 (Cyc- 
loalliin) 具有 间接溶 解纤维 蛋白活 性而对 血小板 聚集无 作用。 豆科的 含羞草 和银合 欢的全 
草, 特 别是种 子中, 含 有含羞 草氨酸 (Mimosine), 有部 分以糖 甙形式 存在, 对 动物脱 毛症, 
不 孕症、 白 内障等 有一定 疗效。 桑 叶的某 些氨基 酸能刺 激胰岛 素分泌 并降低 其分解 速度, 为 
胰岛 素分泌 和释放 的调节 因素, 具有 降血糖 作用。 

此外, 铃兰、 玉竹、 万年 青等含 有铃兰 氨酸, 即三 甲叉亚 胺甲酸 (Azetidme-2-carbox- 
ylic acid) 枸 杞根皮 (地 骨皮) 含枸 杞酰胺 (Lyciuraamide) 等 氨基酸 成分, 其生物 活性尚 
待 研究。 

非蛋 白质组 分氨基 酸结构 式下: 

N— CH 2 — CH— COOH NH 2 H 

O C=0 NH S I [- C00H I-LC— / N N-COOH 



O-C —— NH \ N / \ / 

N 

使君 子氨酸 南瓜 子氨酸 环 蒜氨酸 

CH 2 ― CH==CH 2 
+S- -CH「CH— COOH 
O - NH, 

蒜氣酸 

NH 2 — CH 2 ~CH 2 — CH 2 — COOH C(CH 3 ) S N + — (CH 2 ) 4 — CH— COOH^OH" 

NH, 

y- 氨 基丁酸 毘 布氨酸 

、-- HOOC — CO — NH— CH,—CH(NH 2 ) — COOH 
)9 一 N — 莩酰一 L 一 a, yff- 二氨 基丙酸 



― 339 — 




C,H 5 — CH 2 — CH— NH— CO— C,H, 




N 
H 



CH— COOH 



C 6 H 5 — CH 2 — CH— CH,— 0— Ac 



CH,— CH— COOH 



NH 2 

含羞 草氨酸 



铃 兰氨酸 



枸 杞酰胺 



2. 多肽 中药所 含的多 肽类化 合物大 多是中 药原植 物或原 动物生 物合成 蛋白质 过程的 
中间体 ,或由 一些氨 基酸缩 合成的 游离肽 u 有些 多肽不 是中药 的原有 成分, 而是中 药在提 取其有 
效成 分的过 程中, 蛋白质 的不完 全水解 的产物 。已知 有些多 肽是中 药的有 效成分 或有毒 成分。 

牛黄 含有的 水溶性 多肽具 有降压 作用。 水蛭 所含的 多肽, 分子量 2 万, 为抗凝 血成分 e 
蜂毒 对类风 湿性关 节炎和 牛皮癣 有较好 疗效, 其中含 有数种 多肽。 海葵中 的多肽 有强心 作用, 
其活 性比毒 毛旋花 子甙、 高血糖 素强, 可用 于心力 衰竭。 白花蛇 舌草同 属植物 耳草含 有的多 
肽, 由 11 种 氨基酸 组成, 为催 产的有 效成分 之一。 天花 粉含有 一种双 头胰蛋 白酶抑 制剂, 是 
由 14 种 氨基酸 组成的 多肽, 从 其一级 结构计 算其分 子量为 4,581, 可用 于治疗 炎症、 弥散性 
内 出血、 过 敏性休 克等。 白 僵蚕含 有二肽 (甘- 亮和谷 -酪) 和八肽 (异丙 t -亮 3 - 脯;) 为抗辐 
射和 降压成 分之一 。 

蜜蜂毒 中含有 大量溶 血性肽 蜂毒肽 (Melittin), 由 13 种氨 基酸的 26 个残基 组成; 所含 
十 八肽蜂 毒明肽 (Apamine) 为神经 毒肽, 由 11 种氨基 酸残基 组成; 肥大 细胞脱 颗粒肽 (Ma- 
st cell degranulating peptide) 由 9 种氨 基酸的 22 个残基 组成, 对肥 大细胞 的脱颗 粒作用 

很强, 静脉 注射有 降血压 作用。 人参含 有数种 多肽, 一种 十四肽 (天冬 2 苏 ,丝4 谷 3 甘 3 丙 !缬, 
异亮 1 亮 1 ), 具 有抗肾 上腺素 的脂解 作用; 另三种 多肽的 氨基酸 组成分 别为: 苏- 脯-亮 -异亮 - 
赖 -组、 苏-缀 氨基丁 酸-赖 -组- 羟脯与 苏-脯 -蛋- 亮- 别异亮 -异亮 -苯丙 氨基 丁酸- 酪- 

赖。 人 参花蕾 中含两 种酸性 多肽, 一种分 子量为 1 ,500, 由 天冬、 苏、 丝、 谷、 甘、 丙、 缬、 
蛋、 亮、 苯丙、 精组成 ;另 一种分 子量为 1,300, 由 天冬、 苏、 丝、 谷、 甘、 丙、 缬、 亮、 赖 
组成。 从人 参芦头 也分离 出酸性 多肽, 分子量 1 ,000, 由 天冬、 丝、 谷、 甘、 丙、 精组成 。茜 
草含有 四种环 六肽, 具有 抗肿瘤 作用。 

3. 蛋白质 蛋白 质包括 酶和某 些含氮 激素。 中 药中具 有生物 活性的 蛋白质 不断被 发现, 
有些已 提取、 精制, 应用于 临床有 较好的 疗效。 如 天花粉 的天花 粉蛋白 (Trichosanthhi) 
为 一种由 224 个氨 基酸残 基组成 的单一 肽链的 简单蛋 白质, 分子量 24,000, 用 于中期 妊娠引 
产, 并 可治疗 恶性葡 萄胎和 绒癌。 半夏蛋 白具有 凝集素 活性, 对 实验动 物早期 妊娠也 有一定 
的抑制 作用。 枇杷叶 含有一 种凝集 素为糖 蛋白, 含 中性糖 20%, 氨基酸 2.6%, 其凝 集活性 
可 被甘露 聚糖、 甲 状腺球 蛋白、 卵 蛋白所 抑制。 蓖 麻蛋白 (Rkin), 分子量 65,000, 对艾氏 
腹 水癌的 蛋白质 合成和 RNA 合成 有抑制 作用, 临床 用以治 疗子宫 颈癌、 皮肤癌 \ 顽癣。 相 
思子 蛋白, 分子量 2,000〜10,000, 和蓖 麻蛋白 有同等 的抗癌 活性, 但其毒 性远低 于蓖麻 蛋白。 
球 海胆科 某些植 物所含 的一种 蛋白质 有抗癌 作用, 分子量 4000 万 以上, 其最小 碎片含 546 个 
氨基酸 残基, 定名为 Strongylostatin I。 从 桑白皮 提取的 一种糖 蛋白, 对正常 或阿脲 糖尿病 
小鼠 有显著 降血糖 作用。 牛 黄中的 高分子 量蛋白 质可使 平滑肌 收缩。 从 牡蛎提 取的蛋 白质有 
抗病毒 作用。 竿 细胞动 物草履 虫含糖 蛋白, 分子量 5〜10 万, 可 供皮肤 划痕试 验以诊 断消化 



- 34Q — 



系 癌症。 全蝎 含有毒 蛋白, 名 蝎毒素 (Buthotoxin), 是一 种神经 毒素。 蛇毒 所含的 出血^ 
素 (Homorrhagins) 是一种 碱性蛋 白质, 可使人 和动物 重要器 官出血 而引起 死亡。 蛇毒 中的神 
经 毒素, 可通过 非去极 化型神 经肌阻 断作用 而引起 弛缓性 麻痹, 终 因呼吸 衰竭而 死亡; 已分 
离的几 种神经 毒素为 碱性蛋 白质, 分子量 5,500〜7,000, 由 15〜16 种氨 基酸的 61〜62 个残 
基 组成。 蛇毒中 的心脏 毒素也 是一种 碱性蛋 白质, 由 15〜17 种氨 基酸的 52〜61 个残基 组成, 
分子量 5,840〜10,500。 

木 瓜果汁 和叶中 的木瓜 蛋白酶 (Papain), 临床用 以治疗 水肿、 炎 症和驱 除肠内 线虫, 
与尿 素及水 溶性叶 绿素配 伍可治 疗伤口 感染。 无花果 蛋白酶 (Ficin) 作用和 木瓜蛋 白酶相 
似, 可能 其活性 中心不 一样。 风梨 的菠萝 蛋白酶 (Bromelin) 为 驱蛔、 抗水肿 、抗炎 症药物 t 
雷丸 的蛋白 水解酶 为驱肠 寄生虫 (如 绦虫) 的有效 成分, 在碱 性环境 有较强 活性, 可 将肠寄 
生虫 分解, 但 在酸性 环境中 则失去 其分解 虫体的 效能。 蛇毒中 的精氨 酸酯水 解酶、 磷脂酶 A、 
肽链外 切酶、 L- 氨 基酶氧 化酶、 核糖核 酸酶、 脱氧 核糖核 酸酶、 激肽 原酶、 激肽释 放酶、 
ATP 酶和 5- 核苷酸 酶等, 在蛇毒 的毒理 方面起 一定的 作用。 绿豆含 蛋白水 解酶, 水 解血红 
蛋白 的最适 pH 为 4.5, 水解苯 甲酰精 氨酰胺 的最适 pH 为 5.2〜6.2, 其酸性 氨基酸 是酶的 
活性 中心, 可 被二异 丙基氟 磷酸酯 抑制。 在芸 香科、 苏木科 、伞形 科植物 种子尤 其是云 豆中, 
含有一 些能溶 解细菌 的酶, 为环 -N- 乙 酰氨基 葡萄糖 苷酶。 人 参和百 合的花 粉具有 ATP 酶 
活性。 

—些 中药 所含有 的酶, 见表 16-2。 



表 16-2 —些 中药含 有的酶 



中 药 


蘇 


泽漆 


蛋白 水解餘 




茯苓 


蛋白水 解酶. 脂肪 水解酶 




黑胡椒 


脂肪 水解酶 




香附 (冬眠 发芽) 


细 胞色素 C 氧化 薛 




菟丝子 


转 氨酵、 淀粉磨 




锞猴桃 


硫赶 蛋白酶 




艾叶、 神曲 


淀粉薛 




蜂蜜 


淀 粉嗨、 氧 化酵、 还 原酵、 过氧化 物醃、 


透明质 酸酶、 璘脂酶 A 




蛋 白酶、 脂 肪嗨、 淀 粉酶、 麦芽 糖酵、 二 


肽薛 


胎盘 


溶 菌酶、 激 肽酶、 组胺酶 




全蝎 


透明质 酸薛、 核苷 酸酶. 蛋白 水解酶 





三、 中药的 核酸和 核苷酸 类成分 

许 多中药 含有核 酸和核 苷酸类 成分, 具 有一定 的药理 作用, 为中 药的一 类有效 成分, 详 
见第二 章核酸 化学。 

四、 中 药的糖 类成分 

中药几 乎都含 有糖类 成分, 其种类 颇多, 它们是 中药原 植物或 原动物 的营养 成分、 生理 
活 性物质 或结构 物质。 它们在 中药中 呈游离 状态, 或和 非糖物 质结合 等形式 存在, 为 中药的 

—34 卜 



一 类有效 成分, 具角' 较广泛 的药理 活性。 

1. 单糖 单糖 的品种 已知有 200 多个。 中 药所含 的单糖 成分, 如葡 萄糖、 果糖、 半乳 
糖等都 是人体 的营养 物质, 但在提 取中药 有效成 分时, 常作为 杂质被 弃去。 许 多结合 状态的 
单糖, 如甙类 成分中 的糖, 虽 然不一 定表现 有药理 活性, 但对甙 类成分 的药效 有一定 影响, 
可增强 或缓和 药性, 减少毒 性或延 缓药理 效应。 如茵 陈蒿中 的色原 酮类化 合物对 四氯化 碳所致 
肝功能 障碍没 有抑制 作用, 若 和糖结 合成甙 则有极 为显著 的抑制 作用。 有些黄 酮类化 合物对 
磷酸二 旨酶 活性有 强抑制 作用, 若和 糖结合 成甙则 抑制作 用明显 减弱。 大黄的 蒽醌化 合物和 
糖 结合形 成甙, 则延 缓蒽醌 化合物 的泻下 作用。 

戊糖, 是 中药中 树胶、 果胶、 粘 液质、 半纤 维素以 及某些 低聚糖 和甙类 的组成 成分。 常 
见戊 糖见表 16 - 3。 

表 16-3 中药戊 糖类成 分举例 



中 药 


戊 糖 


存 在状态 


巴 豆 - 


核糖 


巴豆甙 


芦《、 人参 


D- 阿 拉伯糖 (芦 荟糖) 


芦荟甙 


广泛存 在于植 物界 


L- 阿 拉伯糖 (果 胶糖) 


树胶 


椬物木 质部、 如棉 子究等 


D- 木糖 


游 离或结 合为甙 


芹菜、 芫花 . 


D- 芹糖 


芹黄甙 


鼠李 属中药 


L- 鼠李糖 


鼠 李糖甙 


其结 构简式 如下: 

CHO CHO 


CHO CHO 


CHO 



HOCH, CH,OH 



CH 2 OH 

D- 阿 拉伯糖 



CH 2 OH 

果胶糖 



CH 2 OH 
D- 木糖 



CH 3 
L- 鼠李糖 



D- 芹糖 

半 乳糖、 山 梨糖和 果糖, 在 中药中 有游离 状态戎 结合为 



己搪, 主 要有葡 萄糖、 甘露糖 
甙、 低聚 糖和多 糖形式 存在。 

庚糖, 存在于 中药的 不多, 如景 天属植 物的茎 叶含有 景天庚 酮糖。 此外, 尚有 L- 半乳 
甘露 庚糖、 甘 露庚酮 糖等。 其结 构简式 如下: 

CHO CH 2 OH CH 5 OH 



CH 8 OH 
L- 半乳 -D- 甘 露庚糖 



C = 



CH 2 OH 

D- 甘露 庚酮糖 



C = 
—I 



〔 



CH 2 OH 

景天 庚酮糖 



氨 基糖, 是糖分 子中的 仲羟基 被氨基 取代的 糖类衍 生物, 如葡萄 糖胺, 大 多存在 于真菌 
类 中药。 葡萄窗 胺的多 聚糖称 甲売素 (Cliitin), 是 昆虫类 翅膀和 甲壳类 外壳的 成分。 有些高 
等 植物的 中药也 含有, 如从 远志中 曾得到 N- 乙酰 D- 葡萄 糖胺, 其 结构式 如下: 



― 342 一 



NH— COCH a 

糖 醇类, 是单糖 分子中 的醛基 或酮基 被还原 为羟基 的多元 羟基衍 生物, 有 直链糖 醇和环 
状 糖醇, 广泛 存在于 中药。 如甘油 是简单 的糖醇 ,红 藻和海 人草含 有甘油 的半乳 糖甙类 成分。 
藻类和 地衣类 中药含 原藻醇 (Erythritol), 属于丁 糖醇, 其 硝酸酯 化合物 是一类 扩张血 管药, 
可 治疗心 绞痛。 藻类 和地衣 类中药 还含有 D- 阿拉 伯糖醇 (D-Arabitol)。 柴胡、 福 寿草含 
福 寿草醇 (Adonitol), 属于戊 糖醇。 地黄、 女 贞子、 秦皮、 冬虫 夏草、 甘草、 防风、 柿霜等 
含 甘露醇 (D-Mannitol), 可 作为糖 尿病患 者的调 味剂, 也是 高渗降 压药, 具有 降低颅 内压、 
眼内压 及利尿 作用。 远志含 远志醇 (Polygallitol), 为山 梨醇的 脱水衍 生物, 它们都 厲于己 
糖醇。 懈树 皮含, d- 懈皮醇 (d-Quercital), 北 寄生、 金 银花、 胡 祧叶、 橘 皮等含 中肌醇 (Me- 
so - inositol, i-Inositol), 夜关门 含松醇 (Pinitol), 它们都 属于环 状糖醇 ,和 其中药 的疗效 
有一定 关系, 其结 构简式 如下: 



CH,OH 



CH t OH 

原藻醇 



CH:OH 



CH 4 OH 
D- 阿拉 伯糖醇 



CH 2 OH 



CH 2 OH 

福 寿草醇 



CH,OH 



CH 2 OH 
D- 甘露醇 



CH 2 OH 



CH 2 OH 
D- 山梨醇 



CH t — , 



O 
: _ I 
CH.OH 





中肌醇 



松醇 



远志醇 L- 獬皮醇 

糖 酸类, 是 己糖的 氧化衍 生物, 植 物界存 在的有 三类: 糖 醛酸、 糖酸 和氧化 糖酸。 如葡 
萄糖 醛酸, 是 葡萄糖 <: 8 醇 性羟基 转变为 羧基的 产物, 大 多和其 他单糖 以甙键 缩合而 成为树 
胶 或粘胶 的组成 成分。 也有 和某些 非糖物 质结合 成甙, 如黄芩 中的黄 芩甙, 就 是由葡 萄糖醛 
酸 所组成 的甙, 甘草 中的甘 草皂甙 (甘草 甜素) 是 1 分 子甘草 次酸和 2 分子葡 萄糖醛 酸构成 

的甙。 由于 葡萄糖 醛酸所 形成的 甙键^ r 耐 受酸性 水解, 故从 中药提 取这类 甙时, 一般 不被水 
解, 可得 到完整 的甙化 合物。 另外, 人参、 艾菊 花含有 半乳糖 鼈酸。 

糖酸是 葡萄糖 分子中 的醛基 氧化为 羧基的 一类化 合物, 其氨 • 基醋酸 酯曾从 杏仁、 马肝、 

酵母中 提得。 中 药中的 维生素 C 也属于 古洛糖 酸的衍 生物。 氧 化糖酸 是糖酸 的氧化 产物, 如 
从 鹿角菜 的水解 物得到 2- 氧化 葡萄 糖酸。 

2. 低聚糖 由 2〜7 个单糖 分子相 互以糖 甙键连 接组成 的糖类 (也 有将 10 个以 下糖分 
子 组成的 糖类) 称为低 聚糖。 最简 单的低 聚糖是 蔗糖、 麦 芽糖、 乳 糖等。 它们 为人体 的营养 
成分, 但 当提取 中药的 有效成 分时, 常 作为杂 质而被 弃去。 常见 中药低 聚糖成 分见表 16 - 4。 

3. 多糖 由 8 个以上 (也 有认为 11 个 以上) 单 糖组成 的化合 物称为 多糖。 广泛 存在于 

植 物类中 药内, 如种 子类! p 块根 类中药 所含的 淀扮、 菊 淀粉, 以及 纤维性 中药, 如树 皮和根 



表 16 - 4 中药低 聚糖成 分举例 



中 药 


低聚 糖名称 


组 成 (结合 位置) 


类别 


乌头根 
连翘、 花粉 

甘蔗、 甜菜、 麦冬、 人参 
槐花 (槐甙 ) 

橙皮、 陈皮 (新橙 皮甙) 
昆布 类褐藻 
龙胆 (龙 胆甙) 
芦丁 


麦芽糖 
乳糖 

蔗糖 

槐糖 

新 陈皮糖 
昆 布双糖 
龙 胆双糖 

芸香糖 


a- D- 葡萄糖 -D- 葡萄糖 (1, 4) 
/8-D- 半乳糖 - D- 葡萄糖 (1, 4) 
a- D- 葡萄糖 果糖 (1, 2) 
/9-D- 葡萄糖 -D- 葡萄糖 (1, 2) 
a-L- 鼠李糖 -D- 葡萄糖 (1, 2) 
)3-D- 葡萄糖 -D- 葡萄糖 (I, 3) 
(9-D- 葡萄糖 -D- 葡萄糖 (1, 6) 
a- L- 鼠李糖 -D- 葡萄糖 (1, 6) 


5R 

糖 


人参 

龙胆 

车 前子、 牵牛子 


人參 =糖 A 

✓ 、 ^> ― Va -TV 

龙胆糖 
车前糖 


a— D- 菊 恭擴- /?- D- 奥糖 D- 菓糖 
(1, 6,1, 4) 

/3-D- 葡萄糖 -or-D- 葡萄糖 -D- 果糖 
(1, 6, 1, 2) 

D- 葡萄糖 -D- 果糖- D- 半乳糖 (l, 2.6. l) 


糖 


复枯草 


水苏糖 


D- 半乳糖 - D- 半乳糖 -D- 葡萄糖 -D- 果糖 

(1, 6,1, 6.1, 2) 


四糖 


毛蕊草 


毛蕊糖 


D- 半乳糖 -D- 半乳糖 -D- 半乳糖 -D- 葡萄糖 -D- 
果糖 (1, 6.1, 6.1. 6.1. 2) 


五糖 


筋骨草 


筋 骨草糖 


D- 半乳糖 -D- 半乳糖 -D- 半乳糖 -D- 半乳糖 - D- 


六糖 


麦冬 


1 分子 葡萄搪 -6 分 子果糖 


七糖 



皮中所 含纤维 素等。 它 们在提 取有效 成分过 程中, 常作为 杂质被 除去。 

近 20 年来 的研究 发现, 许 多中药 的多糖 成分具 有重要 的药理 作用, 有人 预言, 今 后的若 
干 年内将 是多糖 的黄金 时代。 

具 有抗癌 作用的 多糖: 如 从棕色 海藻中 提取的 多糖, 分子量 33, 400, 主要 由甘露 糖醛酸 
和葡萄 糖醛酸 组成。 从冬虫 夏草属 提取的 碱溶性 多糖, 分子量 632, 000。 从蒲 公英提 取的多 
糖含 1% 蛋 白质。 从猪苓 提取的 多糖为 酸性葡 聚糖。 一 些楝属 植物药 提取的 多糖是 由许多 1, 
4 糖甙键 结合的 葡萄糖 单位的 阿拉伯 糖甙。 灵^^ ^JJ^, 由葡 萄糖、 木糖、 阿拉伯 
糖以 18.8:1.5:!. 的比 例聚合 而成。 

具有免 疫刺激 作用、 加强 P ,淋 巴细胞 有丝分 裂活性 和诱导 干扰素 活素的 多糖: 如当归 
属植物 药中的 多溏, 系由鼠 李糖、 果糖、 阿拉 伯糖、 木糖、 甘 露糖、 半 乳糖力 葡萄糖 聚合而 
成。 茯苓 多糖是 P-D- 呋 喃葡萄 糖甙, ^^^J^, 具 抗癌、 抗 辐射、 k 速肝 j£ 再生、 
减轻 肝细胞 损伤、 降低 转氨酶 活性、 增 ^ 胸腺 重量、 增 强免疫 功能等 作用。 人 参多糖 具有免 
疫 调节、 恢复 T 淋巴 细胞、 降低 转氨酶 活性, 用以治 疗慢性 肝炎。 天花 粉多糖 由阿拉 伯糖和 
半乳糖 组成, 具有免 疫促进 作用, 能激 活小鼠 腹腔单 核呑噬 细胞, 增 强酸性 磷酸酶 活力。 槲 
寄生 多糖可 使中性 白细胞 增多。 

具有 降血糖 作用的 多糖: 人 参含有 5 种降低 血糖的 多搪: Panaxans A、B、 C、 D、 E, 
主要 由葡萄 糖聚合 而成, 并含少 量肽。 其他 几种中 药有降 血糖作 用的多 糖见表 16-5。 

此外, 诲藻 多糖, 有 抗凝血 活性, 其磺 酸化衍 生物有 肝素样 作用, 其活 性为肝 素的 1 /3。 
一 344 — 



k 16-5 某些 中药具 有降血 糖作用 的多糖 





多 糖 


分^ • j| 








组成及 


其比例 




葡萄糖 


鼠李糖 l 岩藻糖 l 半乳糖 


不 


禾 W 


u- se M 


阿拉 
伯糖 


半乳糖 
醛 酸 


鳙 萄 糖 
醛 酸 


紫草 


整 苗突旌 

系早求 w 




























1, rii c r»o r m a n c 

1 1 iin-Fopcr nicino 


A 


6.7X 10 3 




2. 3 


0. 7 


1.0 








1.8 










R 


7.5X 10 5 


1.2 


0. 9 


0, 7 


1.0 


0. 1 




0.5 


0. 1 












2.8X 10 5 


1. 1 


# g 


0. 6 


1, 


0. 1 




0.4 


0. 1 






知母 


幼 舟象據 






























A 


1.2X 10* 




0. 9 




1.0 


0. 1 






1.9 


3. 7 


1.0 






n 

D 


6. OX 10 4 


0.2 


0, 1 




1.0 








0.5 










c 


2.4X 10 4 


0.6 




3. 4 


1 . 


2.5 






15.9 










D 


6.5X 10 4 


1.0 












45. 








乌头 


乌 头聚糖 


























(附子 ) 


aconitans 


A 


6.2X 10 3 


100 
























B 


2. I X 10 5 


1.2 


0.6 




1.0 






2. 3 


0. 1 










C 


4. 3X 10 3 


1.0 


1. 1 




0.8 






0.2 


1.0 










D 


4. 2 X 1 4 


0. 3 


0.4 




1.0 








0.6 






麻黄 * 


麻 黄聚糖 




























ephedrans 


A 


1.2X 10 8 


0.2 


2.4 




1.0 


0.7 


1.0 


0.2 


0.8 










B 


1.5X 10 6 


0. 1 


1.0 




1.0 


0.9 


0. 3 


0.9 


0.7 










C 


K9X 10 4 


0.2 


0,2 




1.0 






0. 3 


0.4 










D 


6.6X 10 3 


0.2 


0.5 




1.0 






0. 1 


1.0 










E 


3.4X 10 4 


0.7 


0.4 




i.o 






0.2 


0.4 







'Ephedra disticya 的全草 



海藻酸 (Alginic acid) 是 褐藻中 的酸性 多糖, 有阻碍 胆固醇 吸收, 加强其 排泄, 进 而具有 
降低血 胆固醇 浓度的 功效。 海藻酸 钠盐具 有促进 红细胞 及血小 板凝集 作用, 并 与其分 子量及 
浓度 有关, 其分子 量大、 浓度 高则凝 集作用 就强。 低 聚褐藻 酸钠可 制成代 血浆, 用于 休克等 
急症的 抢教。 艾菊花 中的多 糖具有 驱虫、 利胆 和收敛 作用。 

五、 中药 的有机 酸类、 脂 类成分 

脂类 广泛存 在于中 药内, 常见 的是长 链脂肪 酸的甘 油酯, 也 有长链 脂肪酸 和非甘 油的多 
元醇 类组成 的酯。 类固醇 和磷脂 类化合 物也是 中药的 一类成 分一, 它们大 多有一 定的生 物学活 
性。 

有机酸 的种类 很多, 参与 动植物 的新陈 代谢, 有些 是镩、 脂类、 蛋白 质代谢 的中间 产物, 
也 是糖、 脂类、 蛋白质 生物合 成的" 碳 架"。 中 药的游 离酸, 多 以钾、 钠、 钙盐 的形式 存在, 
也有 与生 物碱等 有机碱 性化合 物结合 成盐, 或与羟 基化合 物缩、 合 成酯, 还有少 数以酰 胺形式 
存在。 某些 有机酸 是中药 的有效 成分, 或 协同其 他有效 成分发 挥治疗 作用。 

1. 有 机酸类 有机酸 的种类 颇多, 植物类 中药含 量较高 ,重要 的如巴 豆中的 巴豆酸 (Cr- 
otonic acid) 当 归中的 当归酸 (Angelic acid)。 地衣、 菌 类等低 等植物 以及延 胡索、 七叶 
莲、 当归 等中药 中的延 胡索酸 (Fumaric acid) 。 马 齿苋、 玉米 须中的 草酸、 琥 珀酸、 苹果 
酸、 酒 石酸。 乌头、 附 子中的 乌头酸 (Anconitic acid)。 银 杏中的 莽草酸 (Shikimk acid) 
桂 皮和玄 参中的 桂皮酸 (Cinnamic acid) 胡 椒中的 胡椒酸 (Piperonylic acid) 当归、 川 



— 345 — 



芎、 阿 魏中的 阿魏酸 (Ferulic acid)。 茶叶、 玉 米叶、 升 麻中的 咖啡酸 (Caffeic acid)。 茵 
陈、 金 银花、 苎麻、 杜 仲中的 氯原酸 (Chlorogenic acid) 马兜 铃中马 兜铃酸 (Aristoloch- 
ic acid) 等。 其 中大多 和中药 的疗效 有密切 关系。 如氯 原酸有 利胆、 抗菌、 止血和 增强白 
细胞的 作用。 咖啡酸 衍生物 有抗癌 和保肝 作用。 阿 魏酸为 治疗血 栓闭塞 性脉管 炎和急 性脑血 
拴 的有效 药物, 并 可协同 阿司匹 林抑制 胶原诱 导血小 板聚集 和颈动 脉前列 环素的 释放, 其钠 
盐 可和红 细胞膜 的磷酰 乙醇胺 结合使 细胞膜 不易受 自由基 影响, 进 而预防 细胞膜 脂质过 氧化。 
从 芦根提 得的阿 魏酸还 具有抑 制磷酸 二酯酶 作用。 马兜铃 酸有增 强呑噬 功能, 对小鼠 腺瘤有 
抑制 作用。 琥珀酸 有镇咳 祛痰、 利尿、 解痉和 促进胆 汁分泌 的作用 ,其钠 盐用于 过敏性 哮喘。 
延 胡索酸 有镇痛 作用, 可用于 治疗神 经痛。 五 味子的 兴奋中 枢神经 作用, 与其 所含苹 果酸、 
柠 檬酸、 酒石酸 有关。 芦荟 的强心 作用, 与其 所含苹 果酸、 琥 珀酸、 羟 基丁二 酸甲酯 有关。 
丹参 的抗凝 活性与 其所含 的乳酸 衍生物 和咖啡 酸衍生 物缩合 的酚酸 有关。 连翘 中的咖 啡酸衍 
生物 的糖甙 具有抑 制磷酸 二酯酶 与抑菌 作用。 常见有 机酸的 结构式 如下: 



HC— COOH 

II 

H.C-C-H 



巴豆酸 



H 3 C— C— COOH 

II 

H-C-CH, 
当归酸 



CH 2 — COOH 

C— COOH 

II 

CH— COOH 
乌头酸 



OH 



HO— 



\ 一' 



OH 



COOH 



/ 



OH 



OH 

I o r 



O— CO—CH=CH- 

氯原酸 

OH 



-OH 



-OH 



CH=CH— COOH 



咖啡酸 





O 



HC^CH— COOH 

阿魏黎 

-CH 2 ,0 



I O I 

、z 

<ioc 



o 



COOH 

NO, 



CH=-CH— COOH 

桂皮酸 

H COOH 

H0、 



H' 



H H 
\!__|/' 、'0H 

OH bH 



莽草酸 



胡椒酸 马 兜铃酸 

2. 脂肪钕 中 药含有 多种脂 肪酸, 结合于 油脂和 蜡中, 也 有呈游 离状态 存在, 饱 和脂肪 
酸, 如肉豆 :1 中的 十四碳 饱和脂 肪酸肉 豆蔻酸 (Myristk acid) 豆科种 子类中 药的廿 碳饱和 

- 346— : " ' 



脂肪酸 花生酸 (Arachidic acid) 不 饱和脂 肪酸, 如 山胡椒 中的十 二碳烯 酸林' 德酸 (山胡 

椒 脂酸, Linderic acid), 苍耳 子油, 板蓝 根种子 油、 撺子汕 、 玉 米油、 亚麻仁 油以及 黄芪、 
紫草、 吴茱 英屮 的十 四碳 双烯殴 (^茱 萸酸, Goshuytu'c acid), 红花 油和亚 府仁汕 中的亚 
油酸, 乌头、 附子中 的廿碳 双烯酸 (附子 脂酸, AW'-Eicosadienoic acid), 石 榴神了 -中的 
廿碳 三烯^ (石 榴骏, I'unkic acid), 大枫 子油中 的环状 脂肪酸 晁模酸 (环 戊烯- 〔2〕- 十三 
垸酸, Chaulrnoogric acid), 蓖麻 油中的 羟基脂 肪酸蓖 麻醇酸 (Ricinoleic acid) 在许多 
药 用植^ 中还 发现有 呋喃脂 肪酸, 主要 和胆固 醇结合 成酯, 少数 存在于 甘油三 酯和磷 脂中。 
它们 的结构 如下: _ ' ' 

r=\ 

)— (CH,),,— COOH 



CH 3 (CH 2 ). 



H 
I 

-C = 



H OH 

C— (CH 2 ) — CH— COOH 



H,C、 



HOOC(CH;) 2 °' (CH 2 ).CH S 

蓖 麻醇酸 呋喃 脂肪酸 

3. 油脂 大多 数植物 类中药 都含有 油脂, 尤其种 子类中 药含量 较高。 如海松 子含油 
73.9%, 胡祧 仁含汕 50%, 蓖麻 子含油 30〜5G%, 苦杏 仁含油 35%, 南瓜 子含油 34%, 酸 
枣 仁含汕 31.8%, 牛蒡 子含油 3C%, 大枫 子含油 25〜30%, 使君 子含油 20〜24%, 薏苡仁 
含油 7%。 它们 有一定 的药理 作用, 如蓖 麻油和 巴豆油 刺激肠 蠕动而 有致泻 作用。 鸦 胆子油 
治疗皮 肤疣。 大枫 子油抑 制麻疯 杆菌, 治疗麻 疯病。 薏 苡油有 抗癌作 用等。 

4. 固醇类 中药的 固醇类 成分, 一 般与长 链脂肪 酸结合 成酯, 或游 离状态 作为蜡 状物存 
在, 或和 油脂 共存, 或和 糖结合 成甙。 主要有 谷 固醇, 存在于 人参、 黄柏、 黄芩、 附子、 
天 门冬、 豆固醇 存在于 柴胡、 汉 防己、 款 冬花、 人参、 黄柏、 白花蛇 舌草、 元 胡等; 
胆固醇 存在于 牛黄、 蟾酥等 动物类 中药。 其 结构式 如下: 



\ 



\ 



H 



HO 




\ 



谷固醇 



豆固醇 



昆虫变 态激素 也是固 醇类化 合物, 首先在 昆虫中 发现, 于 1966 年 后在植 物界也 陆续发 
现。 昆虫变 态激素 的种类 颇多, 它们 活化毘 虫的特 殊遗传 因子, 使产生 DNA, 进而 合成相 
应 的酶, 致 使昆虫 变态。 也能促 进人体 蛋白质 合成, 有降低 血清胆 固醇、 塒肪 水平, 抑制血 
^升 髙的作 用。' 牛膝中 的昆虫 变态激 素有蜕 皮甾酮 (Ecdysone) 、牛 膝甾酮 (hiokosterone). 
川牛 膝还 冇川牛 膝甾酮 (Cyasterone), 怀 牛膝还 含有红 苋甾酮 (Rubrosterone)。 桑 叶含牛 
膝 SIIMfU 羟基 蜕皮 甾酮。 白毛 夏枯草 含筋骨 草甾酮 G (Ajugasterone G)。 泽 泻中存 在的泽 

rm ^ ( A1 ; so1 a) 的结构 与蜕皮 激素类 相!' 以。 它们的 结构式 如下, 



347- 




OH 

蜕 皮甾酮 \X\/\/ 0H 



川牛 膝留爾 R 



牛 膝留酮 R 



羟基脱 皮留酮 R 



OH 



OH 




OH 



红 苋甾酮 



R = 



HO 



HO 





OH 



筋骨 草甾酮 G 

5. 磷脂 磷 脂在动 植物界 中广泛 存在, 多与脂 肪共存 。卵磷 脂在豆 科植物 种子类 中含量 
较多, 泽泻、 何 首乌、 紫 河车、 牛黄、 全 蝎等也 含有。 脑磷 脂在植 物类中 药含量 较少, 但在 
花生、 向 日葵、 棉 子等中 的含量 比卵磷 脂多。 磷脂 分子中 不含有 机胺的 称为磷 脂酸, 其钙盐 
存在于 乌头、 附 子中。 一些 神经胺 衍生的 磷脂, 主 要存在 于动物 类中药 之中。 

磷 脂是抅 成神经 组织, 尤其是 脑脊髓 的主要 成分, 又是 细胞膜 的组成 成分; 是维 持体内 
胶 体溶液 稳定所 必须的 物质, 可 阻断胆 固醇在 肝脏内 堆积, 阻止 脂类在 血清内 滞留或 渗透到 
血管 内膜, 故有 防止动 脉粥样 硬化的 作用, 并促 进红细 胞生长 发育。 中 药何首 乌和紫 河车的 
益 精补血 功效, 以 及泽泻 的抗脂 肪肝与 防治动 脉粥样 硬化的 作用, 可能 与其所 含磷脂 有关。 

六、 中药 的维生 素和微 量元素 

1. 维生素 中 药含有 多种维 生素。 在中 医药学 的长期 医疗实 践中, ^ 使 用富含 维生素 
的中药 治疗维 生素缺 乏症。 如 唐代孙 思邈用 猪肝、 苍术、 黄花 菜治疔 由丁维 生^ A 缺 乏而发 
生的夜 盲症; 用谷 白皮、 糙米、 防风、 车前 子治疗 维生素 B 缺乏 的脚气 病。 51 然当时 尚不了 
解引起 上述疾 病的病 因和所 用中药 的有效 成分, 但这 些可贵 的经验 说明, 当人 体维生 决乏 
时, 可用中 药所含 的维生 素予以 补充。 近 代分析 表明, 常见 中药所 含维生 素见表 1'3 - 6。 

2. 微 量元素 中药几 乎都含 有一定 种类和 一定量 的微量 元素, 和其疗 效有一 定关系 ,如 
有 强心作 用的巾 药含有 益于心 肌功能 的锰、 钼、 铜, 有利尿 作用的 中药含 钙多于 含镁, 清心 



一 348 一 



表 16-6 


含某些 维生素 的中药 


维生素 


药 物 


A 


山茶 55、 天^. 五加 皮、 五 子、 车 flff 子、 玄参、 玉竹、 白术、 白介- f、 决明 子、 地 黄、 
地偷、 & 肤子、 川芎、 菟 丝子、 当归、 辛夷、 麦冬、 苍术、 桑叶、 & 明砂、 牛黄 


E 


仙灵脾 • 


K 


人参、 ^蜜. 桃仁、 桑叶、 a 祜叶 


B, 


人参. 火 麻仁、 车 前子、 甘遂、 艾叶、 蜂蜜、 杏仁、 苏子 


P 2 


^蜜 


泛 铰 ' ; 


当归 




杓 fii、 人参、 猪苓、 蛑苤. 桂皮、 远亨、 柴胡、 甘草、 桃仁、 栝楼、 茵陈 




£•》 蜜、 当归、 苍术、 柿叶 


生 3 紊 


川芎、 黄芪. 蜂蜜、 虻虫 


C 


枸杞、 人参、 五 味子、 艾叶. 柿叶. 桑叶. 松针 



开窍以 及治疗 白斑的 中药含 较多的 铜等。 详见 第十八 章微量 元素。 



七、 影 响中药 生化成 分的若 干因素 

中药的 化学成 分受许 多内外 因素的 影响, 其 生化成 分也不 例外。 如 原植物 或原动 物在不 
同的生 长发育 期间, 某些新 陈代谢 有一定 差异, 从而影 响中药 生化成 分的质 与量; 不 同的营 
养状 S (包 括植物 的土壤 条件、 动物 饲料) 则 影响生 物体物 质的合 成代谢 与分解 代谢, 以致 
髟响; 生化 成分的 积累。 气 候条件 和季节 变化会 使生化 成分产 生相应 变化。 生物体 的不同 
组织 器宫, 其生 化成分 亦有所 差异。 采集 后的加 工对生 化成分 有很大 影响。 由 于中药 生化成 
分 与疗效 有密切 关系, 所以要 竭力使 这些影 响因素 向有利 于有效 的生化 成分的 积累, 尽力避 
免不利 因素的 影响。 

1. 采 集方面 的因素 采集 地区的 气候, 土壤 等条件 不同, 可影 响中药 的生化 成分。 如山 

药含 硫量, 我国内 地产与 台湾产 分别为 0.22% 和 0.61%, SOT 含量 分别为 0. 1% 和 0.24%。 
每公斤 茜草中 的一种 环六肽 含量, 上 海产为 17.5m S , 广 州产为 46.0m g 。黄芪 降 压成分 氨基 
丁酸 含量, 我国产为0.021〜0.025%,日本产为0.033〜0』8:)%, 北朝 鲜产为 0. 036%。 决明 
子 中的氨 基酸, 中国和 北朝鲜 产含量 较高, 日本 产含量 较低, 越南产 几乎不 含有。 大 枣的糖 
^」1, 国 产者, 其 果糖为 30.8%, 葡 萄糖为 32.5%, 阿拉伯 聚糖为 0.3%, 半乳醛 聚糖为 
0.5%, 葡- 果低 聚糖为 13.0%; 而日本 产者, 果糖为 36.1%, 葡 萄糖为 32.5%, 阿 拉伯聚 
^为 1.4%, 半乳醛 聚糖为 2.0%, 低 聚糖为 14.8%。 采 自我国 天津和 朝鲜、 日本的 柴胡, 
其 8 种金 属元素 含量以 ppm (百万 分之一 〔10_ 8 〕) 计, 有很大 差异, 见表 16 - 7。 

采集 的季节 不同对 中药生 化成分 的含量 有很大 影响。 如槐 树所含 的一些 甙元, 只 有在盛 
花^. 才和葡 萄糖结 合成为 糖甙, 另 一些糖 甙则只 有在果 实成熟 时才能 令成。 大枣的 cAMP 
含 量,— 在红绿 褐色果 肉时为 22.4pmol/g, 成 熟时为 21.5nmol/g, 熟透时 可显著 增加, 达 
133.9pmol/g。 唇形科 几种药 用植物 的二萜 类成分 含量随 生长发 育过程 而逐渐 降低, 幵花时 
达最 低点。 番泻叶 中的有 机酸含 量随生 长天数 的增加 而逐渐 降低。 人 参的蔗 糖含量 3 月间为 

一 349 ― 



表 16-7 不同产 地柴胡 8 种元 素含量 (ppm) 



产地 


Ca 


K 


Na 


Mg 


Fe 


Al 


Zn 


Mn 


中 国天津 


354 


622 


179. 3 


68.7 


88.9 


69. 1 


43.4 


6.3 


朝 鮮 


491 


475 


168.6 


115 


45.3 


63.0 


51.7 


4.8 


H 本 


612.5 


G28.5 


125.4 


226 


51.0 


62.6 


44.2 


4 .3 



67%, 4 月 下旬为 57.2%, 5〜9 月间为 20〜44.4%, 1 月间复 上升为 62 . 4%, 至次年 4 月 
达 64〜G7%; 葡萄 糖和果 糖含量 3 月间 增加, 夏季 下降; 与葡萄 糖结合 的皂甙 含量, 冬季下 
降> 夏季 上升。 茜草 的环六 肽含量 5 月低, 7〜8 月高。 芦荟 和景天 三七的 氨基酸 含量, 在生 
长 末期比 开花初 期高。 

采 集后贮 藏时间 不同会 影响中 药生化 成分的 含量, 可 能因其 中的酶 活性对 其成分 的作用 
之故。 如^ 天 属植物 含有生 物原刺 激素, 是多种 活性物 质的复 合体, 其 中起重 要作用 的有草 
酸、 琥 珀酸、 苹 果^、 拧 檬酸、 酒 石酸、 咖 啡酸、 羟 基肉桂 酸等。 在植物 贮藏过 程中, 这些 
有 机铰含 量显著 增髙, 其生物 源剌激 素活性 可提高 两倍; 若在 黑暗中 贮藏, 则 生成大 量的琥 
珀鲛 和延胡 索酸。 北五味 子的木 聚糖, 在贮 藏过程 中其含 量逐渐 下降。 细辛的 酸性氨 基鲛成 
分在贮 藏过程 中其含 量也渐 下降, 因 其与镇 咳作用 有关, 故久 藏的细 辛其镇 咳作用 减弱。 人 
参的 ATP 活 性随贮 藏时间 延长而 下降。 

植物 的不同 器官, 其所 含生化 成分也 有显著 不同。 如川 续断科 植物的 中药, 其降 压作用 
的成分 皂甙, 是齐 墩果酸 及其衍 生物的 糖甙, 根部 在各生 长期均 含有, 地上部 分只有 在孕蕾 
开 花时才 含有。 獐芽菜 的苦味 糖甙含 量,' 花〉 叶〉 茎〉 根。 当归的 阿魏酸 含量, 归尾〉 归身 
〉 归头, 归 尾比归 头的含 量高约 20%。 毛 花洋地 黄的强 心糖甙 含量, 以 茎叶为 10G, 则花、 
种子、 茎、 根 分别为 40、 39、 10、 10。 紫草 中铁、 铜、 钴的 含量, 根部高 于地上 部分。 麻黄 
中 的铁, 幼根含 量髙, 老 梗和老 根含量 均低。 麻黄 中的锰 含量, 幼 茎高于 老茎。 

2. 加工、 炮 制方面 的因素 中 药采集 后初加 工和干 燥的方 法和条 件不同 对其生 化成分 
有一定 影响。 如毛 花洋地 黄中的 强心甙 成分, 采 集后于 90〜951C 干 燥时, 甙中的 糖分子 减少, 
产生次 级甙。 龙 胆草中 的龙胆 苦甙, 是一种 糖甙, 长时间 的日光 照晒, 其含 量显著 下降。 

中药在 加工炮 制时, 往 往先用 水浸或 水润, 故 一般易 溶于水 的有效 的生化 成分常 丟失, 
此类中 药不宜 用水长 时间的 浸泡。 如 糖易溶 于水, 可 随中药 浸泡水 溶出而 损失。 由于 糖可增 
加甙 元的溶 解度, 并 增加甙 元的稳 定性, 因此, 糖 的损失 无疑会 影响甙 元的溶 出率及 其稳定 
性, 以 致影响 甙元的 疗效。 有 些溏是 中药滋 补功能 的有效 成分, 如 当归、 太 子参, 由 于糖的 
损 失可直 接影响 药效。 葛根含 多糖如 淀粉, 用 水长期 浸泡, 可使 膨胀, 待 用水煎 煮时, 则可 
影响其 它冇效 成分的 溶出, 故不宜 久泡。 天花 粉含大 量淀粉 与其它 多糖, 也应 短时间 浸泡, 

使淀 纷稍为 膨胀, 待 水煎时 能增加 其溶出 即可。 山药 不仅含 淀粉, 还含 有淀粉 酶和微 量碘, 
若先 用水 润巧 切片, 往 往出现 红色, 可能 是淀粉 的水解 产物和 碘反应 之故。 冇些 屮药 含有可 
使有^ 成分水 3 的^, 如黄芩 中的黄 芩甙可 被同存 的甙酶 水解, 若长 期用水 S 泡, 则 增强甙 
的水 解而降 低疗效 。 有 些以^ 为有效 成分的 中药, 可用 温开水 泡饮, 以 避免因 过度加 热使酶 
遭受 破坏, 如 麦芽、 木瓜 (木 瓜蛋 白酶) 等。 

蒸; iill 「! | 药对; It 成分 的影响 很大, 可水 解某些 成分, 也可 形成新 的化合 物。 如生地 含木苏 

— 350 -— 



糖、 蜜 二糖、 蔗糖, 经 蒸制, 这 些双糖 水解为 果糖, 以致这 些双糖 在熟地 中^: 量^; :。 

所含 的氨基 酸经蒸 制后, 氨基酸 可与双 糖的水 解产物 果糖或 5- 羟甲 基糠醛 反应, 形成 蛋白黑 
素 (Melanoidiii), 所 以熟地 色黑, 氨基 酸含量 极微。 红参经 水蒸, 其 水蒸液 中含有 大量人 
参 皂甙, 使有 效成分 丟失。 何 首乌蒸 制后, 与糖结 合的蒽 醍含量 下降, 游离的 糖含量 增加。 

炒 制时, 由 于温度 较高, 对中 药生化 成分产 生利、 弊两 方面的 影响。 如地榆 所含草 酸钙, 
难溶 于水, 经高 温炒制 成炭, 分 解为碳 酸钙和 钙的氧 化物, 增大 钙的溶 解度, 并易被 吸收而 
提高机 体血钙 浓度, 可 能有利 于地榆 的止血 效果。 白芥 子含芥 子酶, 可 使有效 成分白 芥子甙 
水解, 并产 生有刺 激性的 物质, 经 炒制使 酶迅速 破坏, 不仅降 低刺激 作用, 还 有利于 白芥子 
的 功效。 山楂的 有机酸 成分, 对消化 道有一 定的刺 激性, 经 炒焦, 有 机酸含 量下降 68%, 从 
而减 少由于 有机酸 对胃肠 道的剠 激性。 白 芍含苯 甲酸, 对胃 有刺激 作用, 被吸收 后在肝 脏代 
谢, 以致肝 脏增加 解毒的 负担, 炒 制后, 其苯 甲酸含 量显著 下降。 麦芽含 淀粉隐 ,只宜 微炒, 
若 炒黄, 麦芽对 筠粉的 水解率 可下降 50 倍; 若 炒焦, 则不显 示对淀 粉的水 解作用 。有 些挥发 
性 成分具 有升华 性质, 经高温 炒制, 可因 升华而 降低其 含量。 如大黄 的有效 成分蒽 ^类 物质, 
易于 升华, 不宜 久炒。 有 些以氨 基酸、 维生素 为有效 成分的 中药, 炒制时 要注意 火候和 时间。 
煅制 的温度 更高, 如紫石 英含氟 化钙, 经 煅制, 成为 易释放 出钙离 乎的化 合物, 加强 了水溶 
性 并易被 吸收, 可治疗 热病抽 搐痉挛 等症。 云母 含硅酸 钾铝, 经煅制 成为氧 化铝、 硅 鲛钾, 
增强了 它中和 胃酸的 功效。 牡蛎、 瓦 楞子、 石决 明含碳 酸钙, 煅制 成为氧 化钙, 增强 其制酸 
能力。 

酒制或 醋制, 可使如 甘遂、 五 味子、 女 贞子等 中药所 含的金 属元素 成为离 子状态 而增加 
其溶 解度。 酒制 亦可使 粘液成 分易于 溶出而 增加单 糖的溶 出率, 如 黄精经 酒制, 可增 强单糖 
类 成分的 溶出而 可能有 利于补 中益气 之功, 还可 减少粘 液成分 刺激咽 喉的副 作用。 酒 制还可 
增加有 机酸、 油脂的 溶出, 如 酒制山 茱萸、 乌 梢蛇、 白花 蛇等。 醋 制可加 强油脂 水解, 如芫 
花的 油脂可 刺激胃 粘膜, 引起 呕吐、 腹 泻等副 作用, 经 醋炒可 降低其 含量而 减轻副 作用。 

第二节 生 化药物 

一、 概 述 

生 物化学 已成为 发展最 迅速、 最 引人注 目的生 物科学 之一, 是当代 新技术 的一门 前沿科 
学。 生化药 物就是 伴随着 这样一 门科学 的进展 而蓬勃 发展起 来的, 常用于 诊断、 防治 疾病、 
补充 营养、 延年 益寿。 它 包括氨 基酸、 多肽、 蛋 白质、 酶、 激素、 核酸、 维 生素、 糖类、 脂 

类, 以 及从生 物体提 取的其 他生化 制剂。 中 医药学 在几千 年的临 床实践 中一直 使用的 这类药 
物, 在 早期的 《神 农本草 经》、 《伤寒 论》, 直 至明清 时期的 《本 草纲 目》、 《本 草纲目 拾遗》 等著 
作中都 有详细 记载。 

生物体 是有机 的统一 整体, 其组 成物质 在体内 所进行 的一系 列代谢 过程都 是相互 联系、 
相互 制约、 并能 自行调 控而达 到相对 平衡, 只有这 种相对 平衡才 使机体 表达出 正常的 生命现 
象。 正如 《素问 • 生气通 天论》 所指: "阴平 阳秘, 精神乃 治"。 如果机 体受内 外因素 的影响 而 
发 生代谢 失常, 且 又不能 迅速自 行调控 恢复, 以致 破坏这 种相对 平衡, 则易发 生疾病 或促进 
衰老。 对代谢 调控 作用 的物质 有酶、 激素、 核酸、 蛋白 质以及 其它有 关的生 物活性 物质, 



一 351 一 



故 使用同 类生化 药物来 补充、 调整、 替换, 以纠 正人体 的代谢 失调, 恢 复并维 持各种 代谢所 
达到 的相对 平衡, 比 之使用 其它药 物应该 认为是 更为合 理的。 生 化药物 在医疗 上具有 针对性 
强、 毒副作 用低、 疗 效好、 营养价 值高等 特点, 是 一类很 有前途 的新型 药物。 其发展 十分迅 

速, 60 年 代约百 余种, 70 年代增 加至一 百四十 余种, 目前 已发展 到三百 多种。 ( 
二、 生 化药物 的资源 

生化药 物按其 来源有 动物、 植物、 微 生物和 人工合 成等。 

1. 动 物来源 动 物生化 药物是 从动物 器官、 腺体、 分泌物 等提取 得到。 中 医药学 书籍早 
已有 记载, 如 《神 农本 草经》 记 载用麝 香治疗 蛊毒、 癫痉; 用 鲤鱼胆 治目热 赤痛、 青盲。 《伤寒 
论》 记载用 猪胆灌 肠以通 大便。 《肘 后方》 记载用 獭肝治 冷痨; 用胰治 咳嗽。 《千 金方》 记载用 
猪、 牛、 羊、 鸡肝治 夜盲。 《济 生方》 记载 羊肾治 肾痨。 《本草 纲目》 中 动物药 444 种, 为全书 

所载药 物的 1 /4, 并赋与 朴素的 理论: "取 彼之 脏器以 治人之 病"。 如心主 血脏, 心 藏神, 故凡 
心虚 健忘、 自汗 失眠、 心气郁 结等常 用单味 猪心或 入复方 治疗。 肺主 水液, 动 物肺脏 不仅治 
疗 咳喘、 肺痿, 还用 以治疗 水肿; 肺开窍 于鼻, 故也用 动物肺 脏治疗 鼻渊流 涕和鼻 息肉。 肝 
藏血, 与 消化、 精神 有关, 动 物肝脏 可治疗 惊风、 妇 女血枯 经闭; 肝开窍 于目, 以动 物肝脏 
治疗 目疾。 脾主 运化、 统血, 胃 为水谷 之海, 动物 脾胃可 治疗消 化系统 疾病。 肾主 藏精, 动 
物肾脏 与生殖 器可治 疗肾、 膀胱、 生殖 系统疾 病等。 

近代, 来自动 物组织 的生化 药物, 除某 些脏器 制剂或 粗提取 物外, 大多 已制得 纯品, 种 
类 也不断 增多, 治 疗范围 也不断 扩大, 目前 已有近 200 种动物 生化药 物用于 临床。 

2. 植 物来源 植 物生化 药物是 从植物 的某部 分组织 提取得 到的。 古代医 家应用 含有生 
化成 分为其 有效成 分的中 药已有 数千年 历史。 唐代 孙思邈 用苍. 术治 夜盲, 现已 知其中 含维生 
素入。 使君子 驱蛔和 其中所 含使君 子氨酸 有关。 乌 梅清凉 解热和 其所含 有机酸 有关。 天花粉 
堕 胎与其 所含蛋 白质有 关等。 过 去在研 究中药 有效成 分时, 生化成 分常被 忽视, 蛋 白质、 多 
搪、 有机酸 等成分 常作为 杂质被 弃去, 很少研 究植物 药生化 成分的 本质及 其药理 效应。 随着 
生 化分离 技术的 发展, 以及生 化成分 药理实 验与临 床应用 的不断 扩大, 植物药 用生化 成分也 
;折被 重视, 而其品 种也渐 增多。 

采集植 物颇多 不便, 植 物产量 以及植 物中生 化成分 含量也 较低, 故 从植物 提取分 离的生 
化 药物常 不能满 足临床 需求, 近二 十年来 采用组 织培养 方法, 从 植物愈 伤组织 诱导合 成生化 
成分, 以 增加其 产量, 而且 生产工 艺也较 方便。 植 物愈伤 组织的 培养与 诱导, 可用新 鲜植物 
的茎 或根等 材料, 经 消毒、 切片、 培养, 在 其切口 周围形 成不定 形细胞 的愈伤 组织, 然后经 
继代 培养即 <得 到生长 迅速、 ill 质稳定 的愈伤 组织。 许多植 物愈伤 组织不 仅能合 成原植 物所特 
有 的活性 成分, 还可通 过在培 养基中 添加活 性成分 前体的 方法, 加速 或增 加活性 成分的 合成, 
也 可合成 原植物 所没有 的活性 成分。 利 用这种 技术, 可制 取许多 种生化 药物, 如 多糖、 氨基 
酸、 蛋 白质、 酶、 维 生素、 激素、 干扰 素等。 如曾从 苦瓜组 织培养 制备胰 岛素, 从番 木瓜苗 
愈伤组 织培养 生产木 瓜蛋白 酶等, 为 生化药 物大量 生产提 供有利 条件。 

3. 微生 物来源 微生 物包括 细菌、 放 线菌、 真菌, 广泛 分布在 土壤、 水、 空气等 自然界 
中。 微 生物的 代谢产 物有千 余种, 其 中有合 成微生 物本身 生长所 必需的 物质, 如维 生素、 
基酸、 蛋 白质、 糖、 脂等, 以及 防御性 物质如 酯类、 酶、 蛋白 质等。 故 从微生 物获得 生化药 
物 的品种 较多, 已 能大量 生产的 约有百 余种。 , 、 

— 352 — 



微 生物作 为生化 药物的 来源, 果 有较多 优点。 如微 生物品 种多, 代 谢产物 的种类 也较广 
泛; 易于 培养, 繁 殖快, 便 于大规 模工业 生产; 便于诱 变选育 良种, 或 添加某 些因子 以促进 
合 成某种 活性成 分等。 采用 微生物 酶来转 化某些 生物物 质以生 产生化 药物, 具 有生产 工序简 
易、 产 量高、 收得 率好等 优点。 如 以泛酸 和腺嘌 呤为原 料经微 生物酶 转化, 可 一步合 成辅酶 

A; 以 a- 氨 基己酸 内酯为 原料, 经微 生物酶 转化, 可合 成赖氨 酸等。 

4. 化学合 成来源 用 化学合 成法生 产生化 药物, 不仅能 大规模 的工业 生产, 并 便于改 
变 结构以 提高疗 效和减 低毒副 作用。 目 前能工 业生产 的有氨 基酸、 维 生素、 多肽、 潋 素等。 
如人工 合成的 氨基酸 衍生物 N- 乙 酰半胱 氨酸, 是 粘液溶 解剂, 临 床用于 化痰。 S- 羧丙 基半胱 
氨酸具 有抗癌 作用。 双链多 聚核苷 酸为干 扰素诱 导剂, 具有抗 肿瘤和 抗病毒 作用。 促 胃液素 
具有促 进胃液 分泌功 能等。 

5. 遗 传工程 遗传工 程是在 70 年代 分子遗 传学发 展的基 础上出 现的, 又称 为基因 工程。 
更确切 的说是 DNA 重组的 技术, 就是 采用类 似工程 技术的 设计、 施工等 方法, 从一 种生物 
体 取出一 定的遗 传物质 (DNA) 或人 工